JP2019503341A - Targeted delivery of therapeutic proteins biologically encapsulated in plant cells to cell types of interest for the treatment of disease - Google Patents

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Abstract

目的の細胞または組織にタンパク質を送達させる(directing)標的配列を含む治療用融合タンパク質を産生するための組成物および方法が開示されている。Disclosed are compositions and methods for producing a therapeutic fusion protein comprising a target sequence that directs the protein to a cell or tissue of interest.

Description

本出願は、2015年11月16日に提出された米国仮出願第62/256,053号に対する優先権を主張し、その全ての開示は、参照により本明細書に完全に記載されているものとする。
米国政府は、国立衛生研究所の助成金番号R01 GM63879、R01 HL 109442、およびR01 HL 107904からの資金を使用した本発明の権利を有している。
This application claims priority to US Provisional Application No. 62 / 256,053, filed Nov. 16, 2015, the entire disclosure of which is fully incorporated herein by reference. And
The US government has the rights to the present invention using funds from National Institutes of Health grant numbers R01 GM63879, R01 HL 109442, and R01 HL 107904.

発明の分野
本発明は、トランスプラストミック植物(transplastomic plants、遺伝子操作された葉緑体を有する植物)の分野および低コストのタンパク質医薬品の生産および供給に関する。より具体的には、本発明は、融合タンパク質を封入した植物細胞を、腸内での処理時に、目的の組織に向かわせる標的配列に作動可能に連結された、治療タンパク質およびペプチドをコードするトランスジーン(transgenes、導入遺伝子)を発現する葉緑体を含む植物を提供する。
The present invention relates to the field of transplastomic plants (plants with genetically engineered chloroplasts) and the production and supply of low cost protein pharmaceuticals. More specifically, the present invention provides a transgene encoding a therapeutic protein and peptide operably linked to a target sequence that directs plant cells encapsulating the fusion protein to a tissue of interest upon treatment in the intestine. Plants comprising chloroplasts that express genes (transgenes) are provided.

発明の背景
本発明が関係する技術水準を説明するために、いくつかの刊行物および特許文献が、明細書全体にわたって引用されている。これらの引用の各々は、完全に述べられているように、参照により本明細書に組み込まれる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to illustrate the state of the art to which this invention pertains, several publications and patent documents are cited throughout the specification. Each of these citations is hereby incorporated by reference as if fully set forth.

現行のシステムで製造されたバイオ医薬品は、非常に高価であり、世界人口の大多数にとって手頃な価格ではない。米国では、タンパク質医薬品の年間平均費用は、小分子薬の25倍も高い。タンパク質医薬品のコスト(2013年には、1,400億ドル)は、世界中の国々の75%を超えるGDPを上回っており、これらの国では手が届かない[1]。1日あたり$2未満の収入を有する世界人口の3分の1は、いかなるタンパク質医薬品を購入することはできない。組換えインスリンは、50年間、商業的に販売されているが、世界人口の大多数にとって、依然として、手頃な価格ではない。これは、そのような薬物の産生が法外に高価であり、しばしば高価な発酵槽、多段階精製手順、冷蔵/輸送、滅菌送達の手段を必要とすることが多いからである。さらに、これらの薬物の貯蔵寿命が短いことは、コストの増加に関連する。タンパク質医薬品の経口送達は、消化器系でのそれらの分解および標的細胞への送達のために腸上皮を横切ることができないために、数十年間、注目(elusive)を浴びなかった。   Biopharmaceuticals produced with current systems are very expensive and not affordable for the majority of the world population. In the United States, the average annual cost of protein drugs is 25 times higher than that of small molecule drugs. The cost of protein drugs ($ 140 billion in 2013) exceeds the GDP of more than 75% of countries around the world and is unreachable in these countries [1]. One third of the world's population with an income of less than $ 2 per day cannot purchase any protein drugs. Recombinant insulin has been sold commercially for 50 years, but is still not affordable for the majority of the world population. This is because the production of such drugs is prohibitively expensive and often requires expensive fermenters, multi-step purification procedures, refrigeration / transport, and sterile delivery means. Furthermore, the short shelf life of these drugs is associated with increased costs. Oral delivery of protein drugs has not received much attention for decades because they cannot cross the intestinal epithelium because of their degradation in the digestive system and delivery to target cells.

しかしながら、いくつかの最近の研究では、植物細胞壁が、生物学的封入化を介して、胃の酸および酵素から、発現されたタンパク質医薬品を保護することを間接的に示した[2、3]。ヒトの消化酵素は、植物の細胞壁を構成する炭水化物のグリコシド結合を分解することができない。しかし、タンパク質医薬品を含有する自然の植物細胞が腸に達すると、共生(commensal)微生物は、植物の細胞壁を消化し、そして、腸管腔内のタンパク質医薬品を放出する。ヒトの腸内に生息する細菌は、複雑な炭水化物を植物の細胞壁内で利用するように進化し、そして、ほぼすべての植物グリカンを利用することができる[4,5]。
葉緑体に発現され、植物細胞にバイオ封入された、緑色蛍光タンパク質(green fluorescent protein)(GFP)に対する(無毒の)コレラトキシンBサブユニット(CTB)の融合体は、GM1受容体を介して腸上皮を通過送達され、そして、GFPは循環系に放出された[6]。治療用タンパク質に対するCTBの融合は、経口免疫寛容(oral tolerance)[7−11]または機能性タンパク質の血清への誘導(induction)[12−14]、さらには血液脳または網膜障壁さえ通じた、効果的な経口送達を容易にする[15,16]。
However, some recent studies have indirectly shown that plant cell walls protect expressed protein drugs from gastric acids and enzymes through biological encapsulation [2, 3]. . Human digestive enzymes are unable to break down the glycosidic bonds of carbohydrates that make up the cell walls of plants. However, when natural plant cells containing a protein drug reach the intestine, commensal microorganisms digest the plant cell wall and release the protein drug in the intestinal lumen. Bacteria that inhabit the human intestine have evolved to utilize complex carbohydrates in the plant cell wall and can utilize almost all plant glycans [4,5].
A fusion of (non-toxic) cholera toxin B subunit (CTB) to green fluorescent protein (GFP) expressed in chloroplasts and bioencapsulated in plant cells via the GM1 receptor Delivered through the intestinal epithelium and GFP was released into the circulatory system [6]. Fusion of CTB to therapeutic protein led to oral tolerance [7-11] or induction of functional proteins into serum [12-14], and even blood brain or retinal barriers, Facilitates effective oral delivery [15, 16].

外来タンパク質は、また、特異的受容体を必要としない、細胞膜浸透特性を有する、タンパク質形質導入(transduction)ドメイン(PTDs)との融合によって、生存細胞に送達することもできる[17]。ペプチドおよびタンパク質形質導入(transduction)ドメイン(PTD)は、8〜16個のアミノ酸を含む、小さなカチオン性ペプチドであり、そして、ほとんどの場合、巨大分子の送達のためのトランスポーターとして機能する[17]。   Foreign proteins can also be delivered to living cells by fusion with protein transduction domains (PTDs) with cell membrane permeation properties that do not require specific receptors [17]. Peptide and protein transduction domains (PTDs) are small cationic peptides containing 8 to 16 amino acids and most often function as transporters for the delivery of macromolecules [17 ].

PTDは、エンドサイトーシス(endocytosis)の特別な形態である、受容体非依存性の液相マクロ−ピノサイトーシス(fluid−phase macro−pinocytosis)によって細胞内に分子を運ぶ。異なるPTDは、同様の細胞取り込み特性を示すが、それらはタンパク質分子を細胞に輸送する効率が異なる。   PTD carries molecules into cells by receptor-independent liquid-phase macro-pinocytosis, a special form of endocytosis. Different PTDs show similar cellular uptake properties, but they differ in the efficiency of transporting protein molecules into the cell.

細胞取込みの有効性は、塩基性アミノ酸残基の数と強く相関することが見出されている。PTDは、培養哺乳動物細胞およびin vivoおよびin vitroでの動物モデルにおいて、生物学的に活性なタンパク質を送達することが示されているので[18−20]、PTD融合タンパク質の送達方法は、大きな治療薬物の送達の可能性を有する。   It has been found that the effectiveness of cellular uptake correlates strongly with the number of basic amino acid residues. Since PTD has been shown to deliver biologically active proteins in cultured mammalian cells and in vivo and in vitro animal models [18-20], methods for delivering PTD fusion proteins include: Has the potential to deliver large therapeutic drugs.

Tリンパ球およびBリンパ球は、適応(adaptive)免疫応答の主要な細胞成分であるが、それらの活性化および恒常性(homeostasis)は、樹状細胞によって制御される。B細胞は、それらの表面上のB細胞レセプターを介して直接的に天然のAgを認識し、抗体を分泌することができる。しかし、T細胞は、APCの表面上のMHCクラスIおよびII分子によって示されるペプチドのみを認識することができる。
マクロファージは、慢性炎症における死細胞および細胞破片の除去および免疫応答の開始を含む、多くの重要な役割を有する、「プロフェッショナルな」抗原提示細胞(professional antigen−presenting cells)の1つのタイプである[21,22]。
T lymphocytes and B lymphocytes are major cellular components of the adaptive immune response, but their activation and homeostasis are controlled by dendritic cells. B cells can recognize natural Ag and secrete antibodies directly through B cell receptors on their surface. However, T cells can only recognize peptides displayed by MHC class I and II molecules on the surface of APC.
Macrophages are a type of “professional” antigen-presenting cells that have many important roles, including the removal of dead cells and cell debris and the initiation of immune responses in chronic inflammation [ 21, 22].

マクロファージは、一次および二次免疫応答のオーケストレーション(orchestration)に関与する。肥満細胞は、感染の間に、最初の炎症応答を生成することに関与し、これは自然免疫および適応免疫を開始するために重要である。活性化されると、肥満細胞は、その特有の顆粒および種々のホルモン媒介物質を間質(interstitium)に迅速に放出する。したがって、肥満細胞は、創傷治癒、アレルギー疾患、アナフィラキシーおよび自己免疫において重要な役割を果たす。   Macrophages are involved in orchestration of primary and secondary immune responses. Mast cells are involved in generating an initial inflammatory response during infection, which is important for initiating innate and adaptive immunity. When activated, mast cells rapidly release their unique granules and various hormone mediators into the interstitium. Thus, mast cells play an important role in wound healing, allergic diseases, anaphylaxis and autoimmunity.

樹状細胞は重要な免疫調節細胞である。樹状細胞は、多機能性APCと複合体を形成し、そして、抗病原体活性において重要な役割を果たす。さらに、樹状細胞は、異なるタイプの機能細胞に分化し、異なる抗原によって刺激され、そして、体液性(humoral)免疫または細胞性免疫を誘導する。
逆に、DCは、また、調節性T細胞(Treg)のホメオスタシス、Tregの胸腺外(extrathymic)誘導、移植における免疫寛容の誘導(immune tolerance induction)、およびアレルギーまたは自己免疫疾患の治療にも重要である。
Dendritic cells are important immunoregulatory cells. Dendritic cells form a complex with multifunctional APC and play an important role in anti-pathogen activity. Furthermore, dendritic cells differentiate into different types of functional cells, are stimulated by different antigens, and induce humoral or cellular immunity.
Conversely, DC is also important for regulatory T cell (Treg) homeostasis, Treg extrathymic induction, induction of immune tolerance in transplantation, and treatment of allergy or autoimmune diseases It is.

組織の微小環境、活性化シグナル、およびDCのサブセットは、DCによる抗原提示が免疫または耐性をもたらすかどうかを決定する重要なパラメーターである[23−25]。
したがって、抗原のDCへの標的インビボ送達は、腫瘍特異的免疫応答を誘導し、ワクチン開発、癌免疫療法のための新規の戦略を確立するために有用であるだけではなく、寛容誘導プロトコル(tolerance induction protocols)にも有用である[26−28]。
例えば、腸管関連リンパ組織(GALT)は、抗原の体内への侵入のための最大表面積、および、免疫抑制性サイトカインであるIL−10およびTGF−bの発現を含む、寛容原性特性(tolerogenic properties)を有する、非常にユニークな微小環境を提供する[29−31]。
Tissue microenvironment, activation signals, and subsets of DC are important parameters that determine whether antigen presentation by DC results in immunity or resistance [23-25].
Thus, targeted in vivo delivery of antigens to DCs is not only useful for inducing tumor-specific immune responses and establishing new strategies for vaccine development, cancer immunotherapy, but also tolerance induction protocols (tolerance) (instruction protocols) [26-28].
For example, gut-associated lymphoid tissue (GALT) is a tolerogenic property that includes maximum surface area for entry of antigens into the body and expression of the immunosuppressive cytokines IL-10 and TGF-b. Provides a very unique microenvironment with [29-31].

腸管腔からの、腸管上皮細胞およびCX1CR5マクロファージのサンプル抗原(macrophages sample antigens)。特に、パイエル板の内皮において、小襞細胞(microfold cells)(M細胞)は、抗原を、取込み(endocytose)および食菌して(phagocytose)、これらをDCに導く(channel)。
腸内のCD11cDCは、優先的に、Treg細胞[32]を誘導するTGF−βを発現するCD103DCの高い割合を含む。
Sample antigens of intestinal epithelial cells and CX1CR5 + macrophages from the intestinal lumen. In particular, in Peyer's patch endothelium, microfold cells (M cells) take up and phagocytose antigens, leading them to DC.
Intestinal CD11c + DC preferentially contains a high proportion of CD103 + DC expressing TGF-β that induces Treg cells [32].

最近、我々は、バイオ封入化された(bioencapsulated)CTB融合抗原の送達時、血友病(hemophilic)マウスにおける凝固因子(coagulation factors)に対する経口寛容誘導(oral tolerance induction)が、増加したCD103DC頻度、CD103DCによる抗原の取り込み、およびTregのいくつかのサブセットの誘導と関連していたことを実証した[9、10]。 Recently, upon delivery of bioencapsulated CTB fusion antigen, we have increased oral tolerance induction against coagulation factors in hemophilic mice with increased CD103 + DC We demonstrated that it was associated with frequency, antigen uptake by CD103 + DC, and induction of several subsets of Tregs [9, 10].

また、重要な免疫調節機能を有する、形質細胞様(plasmacytoid)DCも増加した[33]。DCペプチド(DCpep)は、粘膜DCへのリガンドとして開発された[26]。この小さなペプチドは、DC特異的受容体に結合し、そして、巨大分子のDCへの輸送を促進する。   There was also an increase in plasmacytoid DCs with important immunoregulatory functions [33]. DC peptide (DCpep) was developed as a ligand to mucosal DC [26]. This small peptide binds to a DC-specific receptor and facilitates transport of macromolecules to DC.

発明の概要
本発明によれば、それを必要とする対象の、目的の組織または細胞への治療用タンパク質の標的送達方法が開示される。例示的な方法は、融合ペプチド配列に作動可能に連結された前記治療タンパク質をコードするプラスチド発現核酸を含む、有効量の植物細胞またはその残渣を投与することを含み、
前記核酸の発現は、前記植物またはその残渣(remnant)を摂取(ingestion)または服用する際に、in vivoにおいて、目的の標的細胞または組織に選択的に送達する治療融合タンパク質の産生を引き起こし、それによって、前記対象の標的細胞または組織に、前記治療タンパク質を選択的に送達する。好ましくは、植物は、限定されないが、レタス、低ニコチンたばこ、ホウレンソウ、キャベツおよびケールを含む、緑色の葉野菜である。他の植物は、ナス、ニンジン、およびトマトを含む。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, a method for targeted delivery of a therapeutic protein to a tissue or cell of interest in a subject in need thereof is disclosed. An exemplary method comprises administering an effective amount of a plant cell or residue thereof comprising a plastid-expressing nucleic acid encoding said therapeutic protein operably linked to a fusion peptide sequence;
Expression of the nucleic acid causes the production of a therapeutic fusion protein that is selectively delivered in vivo to the target cell or tissue of interest upon ingestion or ingestion of the plant or its remnants, To selectively deliver the therapeutic protein to the target cell or tissue of interest. Preferably, the plant is a green leafy vegetable including but not limited to lettuce, low nicotine tobacco, spinach, cabbage and kale. Other plants include eggplant, carrot, and tomato.

一実施形態では、融合ペプチド配列は、PTDである。別の実施形態では、融合ペプチド配列は、DCペプチドである。融合ペプチドは、PG1またはRC101のような抗菌ペプチドであってもよい。特定の実施形態では、融合ペプチドは、CTBペプチドである。
本発明の他の実施形態では、特に、標的化がより特異的である必要がある場合、CTB融合ペプチドの使用は除外される。
標的化される細胞には、免疫細胞、体細胞および樹状細胞が含まれるが、これらに限定されない。表2、3および4は、本発明のプラスチド産生融合タンパク質に有用な治療分子を提供する。
In one embodiment, the fusion peptide sequence is PTD. In another embodiment, the fusion peptide sequence is a DC peptide. The fusion peptide may be an antimicrobial peptide such as PG1 or RC101. In certain embodiments, the fusion peptide is a CTB peptide.
In other embodiments of the invention, the use of CTB fusion peptides is ruled out, particularly when targeting needs to be more specific.
Targeted cells include, but are not limited to immune cells, somatic cells and dendritic cells. Tables 2, 3 and 4 provide useful therapeutic molecules for the plastid producing fusion proteins of the invention.

一態様では、治療用融合タンパク質は、内分泌障害の治療用であり、そして、そのタンパク質は、インスリン、ソマトトロピン、およびインスリン様成長因子からなる群から選択される。
治療用融合タンパク質はまた、止血の維持または血栓の予防のために使用され得る。
この実施形態では、治療用融合タンパク質は、血液凝固因子、抗トロンビン、プロテインCおよび組織プラスミノーゲンアクチベーターからなる群から選択される。
本発明の方法はまた、酵素欠損を有する対象の治療に使用することができ、そして、治療用融合タンパク質は、β−グルコ−セレブロシダーゼ、α−グルコシダーゼ、ラクターゼ、リパーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼ、およびプロテイナーゼ阻害剤からなる群から選択されるタンパク質を含む。
In one aspect, the therapeutic fusion protein is for the treatment of an endocrine disorder, and the protein is selected from the group consisting of insulin, somatotropin, and insulin-like growth factor.
The therapeutic fusion protein can also be used for maintaining hemostasis or preventing thrombus.
In this embodiment, the therapeutic fusion protein is selected from the group consisting of blood clotting factor, antithrombin, protein C and tissue plasminogen activator.
The methods of the invention can also be used to treat subjects with enzyme deficiencies, and therapeutic fusion proteins include β-gluco-cerebrosidase, α-glucosidase, lactase, lipase, amylase, protease, and proteinase. A protein selected from the group consisting of inhibitors.

治療用融合タンパク質は、既存の生物学的経路を増大させることができ、エリスロポエチン、顆粒球コロニー刺激因子、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子、卵胞刺激ホルモン、絨毛性ゴナドトロピン、αインターフェロン、インターフェロンB、PDGF、ケラチノサイト増殖因子および骨形態形成タンパク質(bone morphogenic protein)からなる群から選択される。   The therapeutic fusion proteins can augment existing biological pathways, including erythropoietin, granulocyte colony stimulating factor, granulocyte macrophage colony stimulating factor, follicle stimulating hormone, chorionic gonadotropin, alpha interferon, interferon B, PDGF, Selected from the group consisting of keratinocyte growth factor and bone morphogenetic protein.

本発明の別の態様は、上記治療用融合タンパク質を含む植物または植物細胞を含む。植物は凍結乾燥されていてもよい。これらは、粉末状であっても、任意に封入されていてもよい。
好ましい実施形態では、治療用融合タンパク質は、周囲温度で数カ月間安定である。
Another aspect of the present invention includes a plant or plant cell comprising the therapeutic fusion protein. The plant may be lyophilized. These may be in a powder form or optionally encapsulated.
In preferred embodiments, the therapeutic fusion protein is stable for several months at ambient temperature.

図1A〜1F.
予測されるタンパク質構造およびGFP融合タンパク質を発現するトランスプラストミック株(transplastomic lines)の特性の概略図
CTB融合タンパク質とGM1受容体との相互作用、ならびにPTDおよびDCpepの両方の予測された3D構造。GM1受容体のペンタサッカライド部分は、CTBの五量体(pentameric)構造との相互作用を確立する。立体障害を避けるためのヒンジ配列(Hinge sequence)および繋がれたタンパク質(tethered protein)を放出するためのフューリン開裂部位(furin cleavage site)を、CTBと融合タンパク質との間に配置した。PTDとDCpepの両者の、計算的に予測された3次元構造は、I−TASSER(iterative threading assembly refinement)サーバ[40]から得た。この構造は、虹色で示され、N末端からC末端の残基へと徐々に青色から赤色に色変化する(青−緑−黄−橙−赤)。予測された構造の中で、信頼スコア(confidence score)(C−スコア)、二乗平均平方根偏差(RMSD)値を有する高分解能モデル(high−resolution models with root mean square deviation)、およびテンプレートモデリングスコア(template modeling score)(TM−スコア)などのパラメータ計算からの組み合わせた結果に基づいて選択された、各ペプチドについての最高に信頼できる構造を有するモデルを提示した。 GFP融合キャリアタンパク質発現カセットおよび隣接領域(flanking regions)の概略図。Prrn:rRNAオペロンプロモーター;aadA:アミノグリコシド 3’−アデニリトランスフェラーゼ遺伝子;PpsbA:プロモーターおよびpsbA遺伝子の5’UTR;CTB:非毒性コレラBサブユニットのコード配列;PTD:タンパク質形質導入ドメインのコード配列;DCpep:樹状細胞結合ペプチド配列;smGFP:可溶性修飾緑色蛍光タンパク質の遺伝子配列;TpsbA:psbA遺伝子の3’UTR;trnI:イソロイシル−tRNA;trnA:アラニル−tRNA。サザンブロット分析のために使用される制限酵素は、プローブの生成のための、BamHI/のBglII、およびゲノムDNAの消化のためのHindIIIとして示した。 GFP融合タグタンパク質を発現する、各トランスプラストーミック株(transplastomic line)のサザンブロット分析。HindIIIで消化したgDNAを、上記の隣接領域断片(flanking region fragment)とプローブ化(probed)された。 各トランスプラストーミック株からのGFP蛍光シグナルを、UV光下で確認した。写真は、発芽の2ヶ月後に撮影された。バーは0.5cmを表す。 GFP標準タンパク質を用いた、濃度測定用ウェスタンブロット分析。凍結乾燥した(10mg)、そして新鮮な葉材料(100mg)を、300μLの抽出バッファーで抽出した。1Xは、100mg対300μLの比で、抽出緩衝液に再懸濁した、ホモジネート1μLを表す。 新鮮な(F)および凍結乾燥した(L)葉における、GFP融合タンパク質の量。データは3回の独立した実験の平均±SDである。 図2A〜図2B.異なるタグと融合したGFPの経口送達および生体内分布の効率。CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFPを発現している葉材料を給餌したマウス(N=6匹/群)における血清(図2A)および組織(図2B)のGFPレベル。成体マウスに、遺伝子組み換えのタバコ植物からの葉材料を、GFP発現レベルに調整した量で、3日間連続して経口投与した。対照群(N=6匹)は未給仕のままであった。最後の胃管栄養投与(gavage)の2時間後および5時間後に、血液サンプルを採取し、マウスを屠殺し、そして、組織サンプルをタンパク質単離のために収集した。血清および組織中のGFP濃度をELISAで測定した。データは平均±SEMとして示した。統計的有意性は、対応のあるスチューデントt検定によって決定され、そして、0.05未満のp値は有意であるとみなされた。*P<0.05、**P<0.01、***P<0.05またはP<0.01(CTD、PTDおよびDCpepは、未処理を対照とする。) 図3A〜3L.植物細胞の経口送達後、マウスの回腸および肝臓の細胞における、GFPの可視化。(左パネル)小腸へのGFP送達。抗GFP(緑色シグナル;Alexa Fluor488)、UEA−1(他の細胞の中でも、M細胞を染色、赤色シグナル、ローダミン)、およびDAPI(核染色、青色)で染色された断面が示されている。(図3A〜図3C).PTD−GFP送達。(図3B)一次抗体なし(NC:陰性対照)。(図3D〜3E)CTB−GFP送達。(図3F)DCpep送達。オリジナルの倍率:200倍(図3A、B、D〜F、Cにおける挿入)または40倍(図3C)。(右パネル)肝臓の凍結切片に示されるGFP染色、撮像時と同一の露光時間。一次抗体:1:1000のウサギ抗GFP抗体および二次抗体:Alexa Fluor488ロバ抗ウサギIgGをGFP染色に使用した。(G、IおよびK)形質転換されていない、凍結乾燥された植物細胞を給仕したマウスの肝臓切片。(図3H、JおよびL)DCPep−GFP(図3H)、PTD−GFP(図3J)およびCTB−GFP(図3L)を発現する、凍結乾燥した植物細胞で給仕されたマウスからの肝臓切片のGFPシグナル。オリジナルの倍率:100倍。 図4A〜4F.精製されたGFP融合タンパク質の特性。(図4A)精製されたGFP融合タンパク質の定量、およびクマシー染色(coomassie staining)および蛍光画像。ウエスタンブロット画像による、濃度測定アッセイを、既知量のGFP標準タンパク質を用いて行い、精製された、タグが融合したGFPタンパク質を定量した。精製したタンパク質を、SDS−PAGE上で泳動し、そして、抗GFP抗体で免疫プローブ化(immunoprobed)した。負荷量は図示の通りであった。純度は、総負荷量に対する、イムノブロットアッセイで検出された量のパーセンテージとして計算した。(図4B)精製されたGFPタグ化タンパク質のクマシー染色。M:タンパク質分子量マーカー;レーン1:PTD−GFP(10μL、2.37μg):レーン2:Dcpep−GFP(40μL、3.12μg):、レーン3:CTB−GFP(10μL、32.8μg):およびレーン4:GFP(400ng)。(図4C)GFPの蛍光を測定するための、精製されたGFP融合タンパク質の非変性SDS−PAGE。レーン1(PTD−GFP 10μl、9.17μg TSP負荷)、レーン2(DCpep−GFP 15μl、4.6μg TSP負荷)および、レーン3(CTB−GFP 20μl、33μg TSP負荷)。(図4Dおよび4E)精製されたGFP−タグ付きタンパク質を、GM1受容体に対するそれらの結合親和性について調べた。GM1とGFP融合タンパク質との間の相互作用を検出するために、抗CTB(図4D)および抗GFP(図4E)抗体を使用した。アッセイに用いたタンパク質の量は以下の通りである。CTB:10pg;CTB−GFP:1.25ng;PTD−GFP:10ng;DCpep−GFP:10ng;GFP:10ng:およびUT、未形質転換野生型総タンパク質:100ng。(図4F)五量体構造を決定するための、精製されたCTB−GFPの非変性トリス−トリシンPAGE。精製したCTB−GFPの五量体構造を、抗CTB抗体(1万分の1)を用いて免疫プローブ化した(immunoprobed)。CTB−GFPの負荷量を図に示す。 図5A〜図5B.ヒトの免疫および非免疫細胞による、異なるタグと融合したGFPの取り込み。(図5A)ヒト細胞株での、精製されたGFP融合タンパク質の転移。培養したヒト樹状細胞(DC)、B細胞、T細胞および肥満細胞の2x10の細胞を、精製したGFP融合体とインキュベートした。CTB−GFP(8.8μg/100μl PBS)、PTD−GFP(13μg/100μl PBS)、DCpep−GFP(1.3μg/100μl PBS)および市販の標準GFP(2.0μg/100μl PBS)と、それぞれ、37℃で1時間インキュベートした。PBS洗浄後、B、Tおよび肥満細胞ペレットを、1:3000に希釈したDAPIで染色し、そして、2%パラホルムアルデヒドで固定した。次いで、細胞をスライド上に密封し、そして、共焦点顕微鏡法で検査した。生存するDCsを、1:3000に希釈したHoechstで染色し、そして、共焦点顕微鏡下で直接検出した。293T、膵臓細胞(PANC−1およびHPDE)およびマクロファージ細胞については、8ウェルチャンバースライドを、37℃で、一晩、細胞培養に使用した。精製したCTB−GFP(8.8μg/100μl PBS)、PTD−GFP(13μg/100μlPBS)、DCpep−GFP(1.3μg/100μl PBS)および市販標準GFP(2.0μg/100μl PBS)で、それぞれ、37℃で、1時間、インキュベートし、PBSで洗浄し、そして、1:3000のDAPIで核を染色した。(図5B)ヒト膵管上皮細胞(HPDE)における、PTD−GFPの核の局在化。緑色蛍光はGFP発現を示す。青色の蛍光は、DAPIによる細胞核標識を示す。画像は、倍率100倍で観察した。スケールバーは10μmを表す。すべての画像研究は三重に分析した。 図6Aおよび6B.異なるタグと融合したGFPの、異なるヒト体細胞(somatic)および幹細胞型による、取り込み。(図6A)ヒト膵臓細胞(PANC−1およびHPDE)、ヒト歯周靭帯幹細胞(human periodontal ligament stem cell)(HPDLS)、上顎間葉系幹細胞(maxilla mesenchymal stem cells)(MMS)、ヒト頭頸部扁平上皮細胞(human head and neck squamous cell carcinoma cells)(SCC)、網膜色素上皮細胞(retinal pigment epithelium cell)(RPE)、歯肉由来間葉系間質細胞(gingiva−derived mesenchymal stromal cells),(GMSC)、成人歯肉ケラチノサイトadult gingival keratinocytes)(AGK)および骨芽細胞(osteoblast cell)(OBC)における、CTB−GFP、PTD−GFP、DCpep−GFPおよびGFP−プロテグリン1(GFP−PG1)およびGFP−Retrocyclin 101(GFP−RC101)の精製した融合タンパク質の形質転換の共焦点顕微鏡を用いたインビトロの評価。ヒト細胞株である、PANC−1、HPDE、HPDLS、MMS、SCC、RPE、GMSC、AGKおよびOBCの2x10個の細胞を、37℃で、一晩、8ウェルチャンバースライド(Nunc)で培養し、続いて、精製したGFP融合タンパク質とインキュベ―ションした。:CTB−GFP(8.8μg)、PTD−GFP(13μg)、DCpep−GFP(1.3μg)、GFP−PG1(1.2μg)、GFP−RC101(17.3μg)、をそれぞれ、100μlのFBSを補充された1%PBSを一緒にして、37℃で、1時間、インキュベートした。PBSで、3回ウェルを洗浄した後、細胞を、1:3000 DAPIで、室温、10分間、染色し、そして、次いで、2%のパラホルムアルデヒドで、室温で、10分間、固定した。ネガティブコントロールのウェルについては、細胞を、1%FBSを含むPBS中の市販のGFP(2μg)と共にインキュベートしたか、または処置をしなかった。インキュベーションの1時間後、細胞をPBSで3回洗浄した。すべての固定された細胞を、共焦点顕微鏡を用いて画像化した。緑色の蛍光は、GFP発現を示す。青色の蛍光は、DAPIによる細胞核標識を示す。画像は100倍の対物レンズで観察された。スケールバーは10μmを表す。すべての画像研究は三重に分析された。(図6B)ヒト膵臓細胞(PANC−1およびHPDE)、ヒト歯周靱帯幹細胞(Human Periodontal Ligament stem cell )(HPDLS), 上皮間葉系幹細胞(MMS)、ヒト頭頸部扁平上皮細胞(SCC)、網膜色素上皮細胞(RPE)、歯肉由来間葉系間質細胞(GMSC)、成人歯肉ケラチノサイト(AGK)、骨芽細胞(OBC)における、精製した融合タンパク質である、CTB−GFP、PTD−GFP、DCpep−GFP、PG1−GFPおよび抗菌ペプチド(PG1−GFPおよびRC101−GFP)の、共焦点顕微鏡を用いたIn vitroでの形質転換の評価。
1A-1F.
Schematic diagram of predicted protein structure and properties of transplastomic lines expressing GFP fusion protein
Interaction of CTB fusion protein with GM1 receptor and predicted 3D structure of both PTD and DCpep. The pentasaccharide portion of the GM1 receptor establishes an interaction with the pentameric structure of CTB. A hinge sequence to avoid steric hindrance and a furin cleavage site to release the tethered protein was placed between the CTB and the fusion protein. The computationally predicted three-dimensional structures of both PTD and DCpep were obtained from an I-TASSER (iterative threading assembly refinement) server [40]. This structure is shown in iridescent color and gradually changes from blue to red (blue-green-yellow-orange-red) from N-terminal to C-terminal residues. Among the predicted structures, a confidence score (C-score), a high-resolution model with root mean square deviation (RMSD) value (high-resolution models with root mean square), and a template modeling score ( A model with the most reliable structure for each peptide, selected based on combined results from parameter calculations such as template modeling score (TM-score), was presented. Schematic of GFP fusion carrier protein expression cassette and flanking regions. Prrn: rRNA operon promoter; aadA: aminoglycoside 3'-adenylyltransferase gene; PpsbA: 5'UTR of promoter and psbA gene; CTB: coding sequence of non-toxic cholera B subunit; PTD: coding sequence of protein transduction domain; DCpep: dendritic cell binding peptide sequence; smGFP: gene sequence of soluble modified green fluorescent protein; TpsbA: 3'UTR of psbA gene; trnI: isoleucyl-tRNA; trnA: alanyl-tRNA. Restriction enzymes used for Southern blot analysis were indicated as BamHI / BglII for probe generation and HindIII for digestion of genomic DNA. Southern blot analysis of each transplastomic line expressing a GFP fusion tag protein. HindIII digested gDNA was probed with the above-mentioned flanking region fragments. The GFP fluorescence signal from each transplastomic strain was confirmed under UV light. The photo was taken 2 months after germination. The bar represents 0.5 cm. Western blot analysis for concentration determination using GFP standard protein. Lyophilized (10 mg) and fresh leaf material (100 mg) was extracted with 300 μL extraction buffer. 1X represents 1 μL of homogenate resuspended in extraction buffer at a ratio of 100 mg to 300 μL. Amount of GFP fusion protein in fresh (F) and lyophilized (L) leaves. Data are the mean ± SD of 3 independent experiments. 2A-2B. Efficiency of oral delivery and biodistribution of GFP fused with different tags. GFP levels in serum (FIG. 2A) and tissue (FIG. 2B) in mice (N = 6 / group) fed with leaf material expressing CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP. Adult mice were orally administered for 3 consecutive days with leaf material from genetically modified tobacco plants in an amount adjusted to the GFP expression level. The control group (N = 6) remained unsold. Blood samples were taken 2 hours and 5 hours after the last gavage, mice were sacrificed, and tissue samples were collected for protein isolation. GFP concentrations in serum and tissues were measured by ELISA. Data are shown as mean ± SEM. Statistical significance was determined by paired student t-test, and p values less than 0.05 were considered significant. * P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.05, or P <0.01 (CTD, PTD and DCpep are untreated as controls) 3A-3L. Visualization of GFP in mouse ileum and liver cells after oral delivery of plant cells. (Left panel) GFP delivery to the small intestine. Cross sections stained with anti-GFP (green signal; Alexa Fluor 488), UEA-1 (among other cells, stain M cells, red signal, rhodamine), and DAPI (nuclear stain, blue) are shown. (FIGS. 3A-3C). PTD-GFP delivery. (FIG. 3B) No primary antibody (NC: negative control). (FIGS. 3D-3E) CTB-GFP delivery. (FIG. 3F) DCpep delivery. Original magnification: 200 × (insertion in FIGS. 3A, B, DF, C) or 40 × (FIG. 3C). (Right panel) GFP staining shown in frozen section of liver, same exposure time as imaging. Primary antibody: 1: 1000 rabbit anti-GFP antibody and secondary antibody: Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit IgG were used for GFP staining. (G, I and K) Liver sections of mice fed non-transformed, lyophilized plant cells. (FIGS. 3H, J and L) Liver sections from mice fed with lyophilized plant cells expressing DCPep-GFP (FIG. 3H), PTD-GFP (FIG. 3J) and CTB-GFP (FIG. 3L). GFP signal. Original magnification: 100 times. 4A-4F. Properties of purified GFP fusion protein. (FIG. 4A) Quantification of purified GFP fusion protein and coomassie staining and fluorescence image. A densitometric assay with Western blot images was performed using known amounts of GFP standard protein to quantify the purified tag-fused GFP protein. The purified protein was run on SDS-PAGE and immunoprobed with anti-GFP antibody. The load was as shown. Purity was calculated as a percentage of the amount detected in the immunoblot assay relative to the total loading. (FIG. 4B) Coomassie staining of purified GFP-tagged protein. M: protein molecular weight marker; lane 1: PTD-GFP (10 μL, 2.37 μg): lane 2: Dcpep-GFP (40 μL, 3.12 μg): lane 3: CTB-GFP (10 μL, 32.8 μg): and Lane 4: GFP (400 ng). (FIG. 4C) Non-denaturing SDS-PAGE of purified GFP fusion protein to measure GFP fluorescence. Lane 1 (PTD-GFP 10 μl, 9.17 μg TSP load), Lane 2 (DCpep-GFP 15 μl, 4.6 μg TSP load) and Lane 3 (CTB-GFP 20 μl, 33 μg TSP load). (FIGS. 4D and 4E) Purified GFP-tagged proteins were examined for their binding affinity to the GM1 receptor. Anti-CTB (Figure 4D) and anti-GFP (Figure 4E) antibodies were used to detect the interaction between GM1 and the GFP fusion protein. The amount of protein used in the assay is as follows. CTB: 10 pg; CTB-GFP: 1.25 ng; PTD-GFP: 10 ng; DCpep-GFP: 10 ng; GFP: 10 ng: and UT, untransformed wild type total protein: 100 ng. (FIG. 4F) Undenatured Tris-Tricine PAGE of purified CTB-GFP to determine pentamer structure. The purified pentameric structure of CTB-GFP was immunoprobed using an anti-CTB antibody (1 / 10,000). The amount of CTB-GFP loaded is shown in the figure. 5A to 5B. Uptake of GFP fused with different tags by human immune and non-immune cells. (FIG. 5A) Transfer of purified GFP fusion protein in human cell lines. Cultured human dendritic cells (DCs), B cells, T cells and mast cells 2 × 10 4 cells were incubated with the purified GFP fusion. CTB-GFP (8.8 μg / 100 μl PBS), PTD-GFP (13 μg / 100 μl PBS), DCpep-GFP (1.3 μg / 100 μl PBS) and commercially available standard GFP (2.0 μg / 100 μl PBS), respectively. Incubated for 1 hour at 37 ° C. After PBS washing, B, T and mast cell pellets were stained with DAPI diluted 1: 3000 and fixed with 2% paraformaldehyde. The cells were then sealed on slides and examined by confocal microscopy. Viable DCs were stained with Hoechst diluted 1: 3000 and detected directly under a confocal microscope. For 293T, pancreatic cells (PANC-1 and HPDE) and macrophage cells, 8-well chamber slides were used for cell culture overnight at 37 ° C. Purified CTB-GFP (8.8 μg / 100 μl PBS), PTD-GFP (13 μg / 100 μl PBS), DCpep-GFP (1.3 μg / 100 μl PBS) and commercial standard GFP (2.0 μg / 100 μl PBS), respectively. Incubated for 1 hour at 37 ° C., washed with PBS, and stained nuclei with 1: 3000 DAPI. (FIG. 5B) Nuclear localization of PTD-GFP in human pancreatic duct epithelial cells (HPDE). Green fluorescence indicates GFP expression. Blue fluorescence indicates nuclear labeling with DAPI. The image was observed at a magnification of 100 times. The scale bar represents 10 μm. All imaging studies were analyzed in triplicate. 6A and 6B. Incorporation of GFP fused with different tags by different human somatic and stem cell types. (FIG. 6A) Human pancreatic cells (PANC-1 and HPDE), human periodontal ligament stem cells (HPDLS), maxilla mesenchymal stem cells (MMS), human head and neck flats Epithelial cells (human head and neck squamousomas cells) (SCC), retinal pigment epithelial cells (RPE), gingival-derived mesenchymal stromal cells (gingivemcell cells) , Adult gingival keratinocytes (adult gingival keratinocytes) (AG K) and purified fusion of CTB-GFP, PTD-GFP, DCpep-GFP and GFP-Proteglin 1 (GFP-PG1) and GFP-Retrocyclin 101 (GFP-RC101) in osteoblasts (OBC) In vitro assessment of protein transformation using confocal microscopy. The human cell lines PANC-1, HPDE, HPDLS, MMS, SCC, RPE, GMSC, AGK and OBC 2 × 10 4 cells were cultured overnight at 37 ° C. in 8-well chamber slides (Nunc). Subsequently, it was incubated with the purified GFP fusion protein. : CTB-GFP (8.8 μg), PTD-GFP (13 μg), DCpep-GFP (1.3 μg), GFP-PG1 (1.2 μg), GFP-RC101 (17.3 μg), respectively, 100 μl of FBS Were supplemented with 1% PBS and incubated at 37 ° C. for 1 hour. After washing the wells 3 times with PBS, the cells were stained with 1: 3000 DAPI for 10 minutes at room temperature and then fixed with 2% paraformaldehyde for 10 minutes at room temperature. For negative control wells, cells were incubated with commercial GFP (2 μg) in PBS containing 1% FBS or untreated. After 1 hour of incubation, the cells were washed 3 times with PBS. All fixed cells were imaged using a confocal microscope. Green fluorescence indicates GFP expression. Blue fluorescence indicates nuclear labeling with DAPI. The image was observed with a 100 × objective lens. The scale bar represents 10 μm. All imaging studies were analyzed in triplicate. (FIG. 6B) Human pancreatic cells (PANC-1 and HPDE), human periodontal ligament stem cells (HPDLS), epithelial-mesenchymal stem cells (MMS), human head and neck squamous cells (SCC), CTB-GFP, PTD-GFP, purified fusion proteins in retinal pigment epithelial cells (RPE), gingival-derived mesenchymal stromal cells (GMSC), adult gingival keratinocytes (AGK), and osteoblasts (OBC) Evaluation of in vitro transformation of DCpep-GFP, PG1-GFP and antimicrobial peptides (PG1-GFP and RC101-GFP) using a confocal microscope.

発明の詳細な説明
GM1受容体結合タンパク質(CTB)またはヒト細胞浸透性ペプチド(PTD)または樹状細胞ペプチド(DCpep)と融合したGFPの標的化経口送達を調べた。
回腸絨毛間のGFPインタクトな植物細胞の存在は、酸/酵素からの消化系におけるそれらの保護を確認する。
PTDまたはCTBによる、腸管上皮細胞へのGFPの効率的送達、および、これら全ての融合タグによる、M細胞へのGFPの効率的送達は、小腸におけるGFPの取り込みを確認する。
PTD融合は、他の2つのタグよりも、ほとんどの組織または器官に、GFPをより効率的に送達した。
GFPは、おそらく腸肝軸(gut−liver axis)を介して、すべての融合タグによって肝臓に効率的に送達された。
精製された、異なるタグで融合したGFPを用いた、ヒト細胞株の共焦点画像研究において、DCpep−GFPのGFPシグナルは、樹状細胞内でのみ検出された。
PTD−GFPは、腎臓細胞または膵臓細胞内でのみ検出されたが、免疫調節細胞(マクロファージ、樹状細胞、T、B、または肥満細胞)では検出されなかった。
対照的に、CTB−GFPは、試験した全ての細胞型で検出され、GM1受容体の遍在的存在(ubiquitous presence)を確認した。
Detailed Description of the Invention Targeted oral delivery of GFP fused to GM1 receptor binding protein (CTB) or human cell penetrating peptide (PTD) or dendritic cell peptide (DCpep) was investigated.
The presence of GFP + intact plant cells between the ileal villi confirms their protection in the digestive system from acid / enzymes.
Efficient delivery of GFP to intestinal epithelial cells by PTD or CTB, and efficient delivery of GFP to M cells by all these fusion tags confirms GFP uptake in the small intestine.
The PTD fusion delivered GFP more efficiently to most tissues or organs than the other two tags.
GFP was efficiently delivered to the liver by all fusion tags, possibly via the gut-liver axis.
In a confocal imaging study of human cell lines using purified, GFP fused with different tags, the GFP signal of DCpep-GFP was detected only in dendritic cells.
PTD-GFP was detected only in kidney cells or pancreatic cells, but not in immunoregulatory cells (macrophages, dendritic cells, T, B, or mast cells).
In contrast, CTB-GFP was detected in all cell types tested, confirming the ubiquitous presence of the GM1 receptor.

血清、免疫系または非免疫細胞に対する、タンパク質医薬品のこのような低コストの経口送達は、非常に高価な発酵、タンパク質の精製、冷蔵/輸送を排除することによって、それらのコストを劇的に低下させ、および患者のコンプライアンスを向上するはずである。   Such low-cost oral delivery of protein drugs to serum, immune system or non-immune cells dramatically reduces their cost by eliminating very expensive fermentation, protein purification, refrigeration / transport And should improve patient compliance.

定義:
本明細書中で使用される場合、薬剤、医薬またはペプチドの対象への「投与(administering)」または「投与(administration)」という用語は、その意図された機能を果たす化合物を、被対象に導入または送達する任意の経路を含む。投与(administering)または投与(administration)は、経口的、鼻腔内的、非経口的(静脈内、筋肉内、腹腔内または皮下)、直腸内または局所的などの任意の適切な経路によって行うことができる。投与(administering)または投与(administration)は、自己投与および他者による投与が含まれる。
Definition:
As used herein, the term “administering” or “administration” of a drug, medicament or peptide to a subject introduces a compound that performs its intended function into the subject. Or any route of delivery. Administration or administration can be by any suitable route, including oral, intranasal, parenteral (intravenous, intramuscular, intraperitoneal or subcutaneous), rectal or topical. it can. Administration or administration includes self-administration and administration by others.

本明細書で使用される、「疾患(disease)」、「障害(disorder)」または「合併症(complication)」という用語は、対象における、正常状態からの任意の逸脱を指す。
本明細書中で使用される場合、用語「有効量(effective amount)」、「有効量(amount effective)」などの用語は、所望の結果を達成するのに必要な1回の投薬量および時間の期間での有効量を意味する。
As used herein, the terms “disease”, “disorder” or “complication” refer to any deviation from a normal state in a subject.
As used herein, the terms “effective amount”, “effective amount” and the like refer to a single dosage and time required to achieve a desired result. Means an effective amount of

本明細書で使用される、「阻害する」または「治療する」という用語は、疾患状態に曝露されるか、または疾患状態に罹りやすいが、疾患状態の症状をまだ経験していないか、または示していない対象において、疾患状態の臨床症状を悪化させずまたは発症させない、たとえば、疾患の発症を阻害する、ことを意味する。   As used herein, the terms “inhibit” or “treat” are exposed to or susceptible to a disease state, but have not yet experienced symptoms of the disease state, or In subjects not shown, does not exacerbate or develop clinical symptoms of the disease state, eg, inhibit the onset of the disease.

本明細書中で使用される場合、遺伝子またはポリヌクレオチドの文脈における、用語「発現(expression)」は、遺伝子またはポリヌクレオチドのRNAへの転写を含む。この用語はまた、必ずしもそうではないが、その後のRNAのポリペプチド鎖への翻訳およびそれらのタンパク質への組み込みを含むことができる。   As used herein, the term “expression” in the context of a gene or polynucleotide includes transcription of the gene or polynucleotide into RNA. The term can also include, but is not necessarily, the subsequent translation of RNA into polypeptide chains and their incorporation into proteins.

「形質転換植物」は、少なくとも1つの異種核酸分子の導入によって、ゲノムが改変された植物を指す。   A “transformed plant” refers to a plant whose genome has been altered by the introduction of at least one heterologous nucleic acid molecule.

本明細書で使用される、「核酸」または「核酸分子」は、一本鎖または二本鎖のいずれかのDNA分子またはRNA分子を指し、そして、一本鎖の場合、線状または環状のいずれかの相補的配列の分子を指す。
核酸分子の議論において、特定の核酸分子の配列または構造は、5’から3’方向の配列を提供する通常の慣例に従って、本明細書に記載され得る。
本発明の核酸に関して、「単離された核酸」という用語が使用されることがある。
DNAに適用される場合、この用語は、それが由来する生物の天然に存在するゲノムにおいて、直ぐ連続している配列から分離されたDNA分子を指す。例えば、「単離された核酸」は、プラスミドまたはウイルスベクターなどのベクターに挿入されるか、または原核または真核細胞または宿主生物のゲノムDNAに組み込まれた、DNA分子を含み得る。
As used herein, “nucleic acid” or “nucleic acid molecule” refers to either a single-stranded or double-stranded DNA or RNA molecule and, if single-stranded, linear or circular Refers to any complementary sequence molecule.
In discussing nucleic acid molecules, the sequence or structure of a particular nucleic acid molecule can be described herein according to the usual convention of providing a sequence in the 5 'to 3' direction.
With respect to the nucleic acids of the invention, the term “isolated nucleic acid” may be used.
When applied to DNA, the term refers to a DNA molecule that is separated from sequences that are immediately contiguous in the naturally occurring genome of the organism from which it is derived. For example, an “isolated nucleic acid” can include a DNA molecule inserted into a vector, such as a plasmid or viral vector, or integrated into the genomic DNA of a prokaryotic or eukaryotic cell or host organism.

RNAに適用される場合、「単離された核酸」という用語は、主に、上で定義したような単離されたDNA分子によってコードされるRNA分子を指す。あるいは、該用語は、その自然状態(すなわち、細胞または組織中)で関与されるであろう、他の核酸から十分に分離されたRNA分子を指してもよい。   When applied to RNA, the term “isolated nucleic acid” refers primarily to an RNA molecule encoded by an isolated DNA molecule as defined above. Alternatively, the term may refer to an RNA molecule that is well separated from other nucleic acids that will be involved in its natural state (ie, in a cell or tissue).

「単離された核酸」(DNAまたはRNAのいずれか)は、生物学的または合成的手段によって直接産生され、そして、その産生の間に存在する他の成分から分離された分子をさらに表してもよい。   An “isolated nucleic acid” (either DNA or RNA) further represents a molecule that is produced directly by biological or synthetic means and separated from other components present during its production. Also good.

ウィスコンシン大学(UniversityofWisconsin)GCGソフトウェアプログラムに記載されているように、特定の配列に言及する場合、用語「パーセント類似性」、「同一性パーセント」および「相同性パーセント」は、使用される。   As described in the University of Wisconsin GCG software program, the terms “percent similarity”, “percent identity” and “percent homology” are used when referring to a particular sequence.

「実質的に純粋」という用語は、所定の材料(例えば、核酸、オリゴヌクレオチド、タンパク質など)の少なくとも50〜60重量%を含む調製物を指す。より好ましくは、調製物は、所与の化合物の少なくとも75重量%、そして、最も好ましくは、90〜95重量%を含む。純度は、所定の化合物に適切な方法(例えば、クロマトグラフィー法、アガロースまたはポリアクリルアミドゲル電気泳動、HPLC分析など)によって測定される。   The term “substantially pure” refers to a preparation comprising at least 50-60% by weight of a given material (eg, nucleic acid, oligonucleotide, protein, etc.). More preferably, the preparation comprises at least 75% and most preferably 90-95% by weight of a given compound. Purity is measured by methods appropriate for a given compound (eg, chromatographic methods, agarose or polyacrylamide gel electrophoresis, HPLC analysis, etc.).

「レプリコン」は、たとえば、プラスミド、コスミド、バクミド、ファージまたはウイルスのような、ほぼ、それ自身の制御下で複製することができる、任意の遺伝子エレメントである。レプリコンは、RNAまたはDNAのいずれかであってもよく、そして、一本鎖または二本鎖であってもよい。   A “replicon” is any genetic element that is capable of replicating substantially under its own control, such as a plasmid, cosmid, bacmid, phage or virus. The replicon may be either RNA or DNA and may be single stranded or double stranded.

「ベクター」は、別の遺伝子配列またはエレメント(DNAまたはRNAのいずれか)が付加して、付加した配列またはエレメントの複製を引き起こす任意のビヒクルである。   A “vector” is any vehicle to which another gene sequence or element (either DNA or RNA) is added to cause replication of the added sequence or element.

「発現オペロン」は、プロモーター、エンハンサー、翻訳開始シグナル(例えば、ATGまたはAUGコドン)、ポリアデニル化シグナル、ターミネーターなどのような、転写および翻訳制御配列を有することができる核酸セグメントを指し、そして、宿主細胞または生物におけるポリペプチドコード配列の発現を促進する。   “Expression operon” refers to a nucleic acid segment that can have transcriptional and translational control sequences, such as a promoter, enhancer, translation initiation signal (eg, ATG or AUG codon), polyadenylation signal, terminator, etc., and a host Facilitates expression of a polypeptide coding sequence in a cell or organism.

本明細書で使用する、「オリゴヌクレオチド」という用語は、本発明の配列、プライマーおよびプローブを指し、そして、2つ以上のリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチド、好ましくは3つ以上の核酸分子を含む核酸分子として定義される。
オリゴヌクレオチドの正確なサイズは、種々の因子、ならびにオリゴヌクレオチドの特定の用途および使用に依存する。
As used herein, the term “oligonucleotide” refers to the sequences, primers and probes of the present invention, and a nucleic acid molecule comprising two or more ribonucleotides or deoxyribonucleotides, preferably three or more nucleic acid molecules. Is defined as
The exact size of the oligonucleotide will depend on various factors, as well as the particular application and use of the oligonucleotide.

「特異的にハイブリダイズする」という用語は、当技術分野で一般的に使用される、所定の条件下(時には「実質的に相補的」と呼ばれる)で、このようなハイブリダイゼーションを可能にするのに十分な相補的な配列の2本の一本鎖核酸分子の間の会合(association)を指す。
特に、この用語は、本発明の一本鎖DNAまたはRNA分子内に含まれる実質的に相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーション、および、非相補的配列の一本鎖核酸とオリゴヌクレオチドのハイブリダイゼーションの実質的排除を指す。
The term “specifically hybridizes” allows such hybridization under certain conditions commonly used in the art (sometimes referred to as “substantially complementary”). Refers to the association between two single stranded nucleic acid molecules of sufficient complementary sequence.
In particular, the term includes hybridization of oligonucleotides having substantially complementary sequences contained within single-stranded DNA or RNA molecules of the invention, and single-stranded nucleic acid and oligonucleotides of non-complementary sequences. Refers to substantial elimination of hybridization.

「プロモーター領域」という用語は、遺伝子の5’調節領域(例えば、5’UTR配列(例えば、psbA配列、プロモーター(例えば、形質転換されるべき植物に内在する普遍的PrnnプロモーターまたはpsbAプロモーター)および所望によるエンハンサー要素)を示す。   The term “promoter region” refers to the 5 ′ regulatory region of a gene (eg, 5′UTR sequence (eg, psbA sequence, promoter (eg, universal Prnn promoter or psbA promoter endogenous to the plant to be transformed) and desired Enhancer element).

本明細書中で使用される場合、用語「レポーター」、「レポーターシステム」、「レポーター遺伝子」または「レポーター遺伝子産物」は、核酸が、発現される際、容易に測定可能なレポーターシグナル(例えば、生物学的アッセイ、イムノアッセイ、ラジオイムノアッセイ、または比色定量calorimetric、蛍光発色fluorogenic、化学発光chemiluminescentまたは他の方法によって)を産生する産物をコードする遺伝子を含む、作動可能な遺伝子システム(operative genetic system)を意味する。   As used herein, the term “reporter”, “reporter system”, “reporter gene” or “reporter gene product” refers to a reporter signal that is readily measurable when a nucleic acid is expressed (eg, An operational genetic system that includes a gene encoding a product that produces a biological assay, immunoassay, radioimmunoassay, or colorimetric calorimetric, fluorescent fluorgenic, chemiluminescent chemiluminescent or other method Means.

核酸は、RNAまたはDNA、線状または環状、一本鎖または二本鎖、アンチセンスまたはセンス極性(sense polarity)のいずれかであり得、そして、レポーター遺伝子産物の発現に必要な制御エレメントに作動可能に連結される。
必要な制御エレメントは、レポーターシステムの性質およびレポーター遺伝子がDNAまたはRNAの形態であるかどうかによって異なるが、プロモーター、エンハンサー、翻訳制御配列、ポリA付加シグナル、転写終結シグナルなどのエレメントを含み、これらに限定されない。
Nucleic acids can be either RNA or DNA, linear or circular, single or double stranded, antisense or sense polarity, and act on regulatory elements necessary for expression of the reporter gene product Connected as possible.
The required regulatory elements vary depending on the nature of the reporter system and whether the reporter gene is in the form of DNA or RNA, but include elements such as promoters, enhancers, translation control sequences, poly A addition signals, transcription termination signals, etc. It is not limited to.

「形質転換する(transform)」、「トランスフェクションする(transfect)」、「形質導入する(transduce)」という用語は、核酸が、細胞または宿主生物に導入される任意の方法または手段を指し、そして、同じ意味を伝達するために交換可能に使用され得る。そのような方法には、トランスフェクション(transfection)、エレクトロポレーション(electroporation)、マイクロインジェクション(microinjection)、PEG融合などが含まれるが、これらに限定されない。   The terms “transform”, “transfect”, “transduce” refer to any method or means by which a nucleic acid is introduced into a cell or host organism, and Can be used interchangeably to convey the same meaning. Such methods include, but are not limited to, transfection, electroporation, microinjection, PEG fusion, and the like.

「選択可能なマーカー遺伝子(selectable marker gene)」という用語は、形質転換された細胞または植物上での、抗生物質耐性のような、発現されると、選択可能(selectable)な表現型を付与する遺伝子を指す。   The term “selectable marker gene” confers a selectable phenotype when expressed, such as antibiotic resistance, on transformed cells or plants. Refers to a gene.

用語「作動可能に連結された」は、コード配列の発現に必要な調節配列が、コード配列の発現を有効にするために、コード配列に関して適切な位置における、DNA分子中に配置されることを意味する。
この同じ定義は、発現ベクター中の転写ユニットおよび他の転写制御エレメント(例えば、エンハンサー)の配置に適用されることがある。
The term “operably linked” means that the regulatory sequences necessary for the expression of the coding sequence are placed in the DNA molecule at an appropriate position with respect to the coding sequence to effect the expression of the coding sequence. means.
This same definition may apply to the placement of transcription units and other transcription control elements (eg, enhancers) in an expression vector.

「DNA構築物(DNA construct)」という用語は、植物を形質転換し、形質転換された植物の子孫を生成するために使用される遺伝子配列を指す。これらの構築物は、ウイルスまたはプラスミドベクターで、植物に投与することができる。しかしながら、本発明での使用に最も好ましいのは、色素体形質転換ベクター(plastid transformation vectors)である。   The term “DNA construct” refers to a gene sequence that is used to transform a plant and produce progeny of the transformed plant. These constructs can be administered to plants with viral or plasmid vectors. However, most preferred for use in the present invention are plastid transformation vectors.

アグロバクテリウムT−DNA媒介形質転換(Agrobacterium T−DNA mediated transformation)およびバイオリスティック(biolistic)プロセスを用いる形質転換などの他の送達方法も、また、本発明の範囲内にあると考えられる。   Other delivery methods such as Agrobacterium T-DNA mediated transformation and transformation using biolistic processes are also considered to be within the scope of the present invention.

形質転換DNAは、「分子生物学の最新のプロトコル(Current Protocols in Molecular Biology)」、Frederick M.Ausubelら編、John Wiley & Sons、1995年、に記載されているような標準プロトコルに従って調整される。   Transformed DNA is described in "Current Protocols in Molecular Biology", Frederick M. et al. Adjusted according to standard protocols as described in Ausubel et al., John Wiley & Sons, 1995.

二本鎖RNA媒介遺伝子サイレンシング(double−stranded RNA mediated gene silencing)」という語句は、それにより、標的遺伝子発現が、その後分解されるmRNAをコードする標的遺伝子を有する二本鎖RNA構造を形成する分子をコードする核酸構築物の導入を介して、植物細胞において、抑制されるプロセスを指す。   The phrase “double-stranded RNA-mediated gene silencing” thereby causes the target gene expression to form a double-stranded RNA structure with the target gene encoding mRNA that is subsequently degraded. It refers to a process that is suppressed in plant cells through the introduction of a nucleic acid construct encoding the molecule.

特定のヌクレオチドまたはアミノ酸を指す場合、「〜から本質的になる」なる語句は、所定の配列番号の特性を有する配列を意味する。たとえば、アミノ酸配列に関して使用される場合、この句は、配列自体および配列の基本的および新規な特性に影響を及ぼさない分子修飾を含む。   When referring to a particular nucleotide or amino acid, the phrase “consisting essentially of” means a sequence having the properties of a given SEQ ID NO. For example, when used in reference to an amino acid sequence, this phrase includes the sequence itself and molecular modifications that do not affect the basic and novel properties of the sequence.

「タグ」、「タグ配列(tag sequence)」または「タンパク質タグ(protein tag)」という用語は、別の配列に付加された場合に、さらなる有用性を提供するか、または、有用な特性を付与する(関心のあるタンパク質を、所望の細胞型に対して特異的に標的化するような)、オリゴヌクレオチド、または、より好ましくはペプチドまたは他の化学物質のいずれかの化学的部分を指す。このようなタグはまた、それらを含有する融合タンパク質を単離および精製するために有用であり得る。
本明細書に記載されているような、または当該分野で一般的に使用されるような、タンパク質タグは、目的のタンパク質のアミノ末端またはカルボキシ末端のいずれかに付加され得る。
The terms “tag”, “tag sequence” or “protein tag” provide additional utility or confer useful properties when added to another sequence. Refers to a chemical moiety of either an oligonucleotide, or more preferably a peptide or other chemical, such that it specifically targets the protein of interest to the desired cell type. Such tags can also be useful for isolating and purifying fusion proteins containing them.
A protein tag, as described herein or as commonly used in the art, can be added to either the amino terminus or the carboxy terminus of the protein of interest.

「免疫応答」は、機能する免疫系を有する宿主において、ウイルスまたは植物抗原のような抗原によって産生される任意の反応を意味する。免疫応答は、天然における体液性であってもよく(すなわち、免疫グロブリンまたは抗体の産生を含む)、天然における細胞性であってもよく(様々なタイプのBおよびTリンパ球、樹状細胞、マクロファージ、抗原提示細胞などを含む)、またはその両方であってもよい。免疫応答はまた、サイトカイン、リンホカインなどの様々なエフェクター分子の産生または精緻化を含み得る。免疫応答は、in vitroおよび様々な細胞性または動物系の両方で測定することができる。   “Immune response” means any reaction produced by an antigen, such as a viral or plant antigen, in a host with a functioning immune system. The immune response may be humoral in nature (ie involving the production of immunoglobulins or antibodies) or cellular in nature (various types of B and T lymphocytes, dendritic cells, Macrophages, antigen-presenting cells, etc.), or both. The immune response can also include the production or refinement of various effector molecules such as cytokines, lymphokines. The immune response can be measured both in vitro and in various cellular or animal systems.

「抗体」または「抗体分子」は、特異的抗原に結合する任意の免疫グロブリン(抗体およびそのフラグメントを含む)である。表4に列挙された薬物のいくつかは抗体である。この用語には、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、キメラ抗体、および二重特異性抗体が含まれる。本明細書で使用される、抗体または抗体分子は、インタクトな免疫グロブリン分子、および、Fab、Fab‘、F(ab’)2およびF(v)などの当技術分野で知られているこれらの一部のような免疫グロブリン分子の免疫学的に活性な部分の両方を意味する。   An “antibody” or “antibody molecule” is any immunoglobulin (including antibodies and fragments thereof) that binds a specific antigen. Some of the drugs listed in Table 4 are antibodies. The term includes polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, chimeric antibodies, and bispecific antibodies. As used herein, an antibody or antibody molecule is an intact immunoglobulin molecule and those known in the art such as Fab, Fab ′, F (ab ′) 2 and F (v). By both immunologically active portions of immunoglobulin molecules such as some are meant.

本明細書中で使用される場合、融合ペプチドは、特異的受容体を必要とせずに、細胞膜と融合することによって、タンパク質が細胞に入る能力を増加させる。他の融合タンパク質は、細胞受容体を標的とすることができる。特定の融合タンパク質は、免疫細胞を特異的に標的とする。他のものは、DCペプチドのように、樹状細胞を標的とする。
いくつかの融合タンパク質は、かなり非特異的であり、そして、目的の様々な細胞型に、治療用タンパク質を送達するために使用することができる。
As used herein, a fusion peptide increases the ability of a protein to enter a cell by fusing with the cell membrane without the need for specific receptors. Other fusion proteins can target cellular receptors. Certain fusion proteins specifically target immune cells. Others, like DC peptides, target dendritic cells.
Some fusion proteins are fairly non-specific and can be used to deliver therapeutic proteins to various cell types of interest.

植物残留物(plant remnant)は、目的のタンパク質が発現された植物に由来する、1つ以上の分子(限定されないが、タンパク質およびその断片、鉱物、ヌクレオチドおよびその断片、植物構造成分など)を含み得る。したがって、植物材料全体(例えば、植物の葉、茎、果実などの全部または一部)または粗植物抽出物に関連する組成物は、高濃度の植物残留物、および1つ以上の検出可能な植物残留物を有する、目的の精製タンパク質を含む組成物を確実に含むであろう。特定の実施形態では、植物残留物は、ルビスコ(rubisco)である。   Plant remnants include one or more molecules (including but not limited to proteins and fragments thereof, minerals, nucleotides and fragments thereof, plant structural components, etc.) derived from the plant in which the protein of interest is expressed. obtain. Thus, a composition associated with whole plant material (eg, all or part of a plant leaf, stem, fruit, etc.) or crude plant extract will result in a high concentration of plant residue, and one or more detectable plants. It will certainly include a composition containing the purified protein of interest with a residue. In certain embodiments, the plant residue is rubisco.

別の実施形態では、本発明は、治療用融合タンパク質を、目的の標的細胞または組織に送達する、タグを含む植物葉緑体で産生される治療用融合タンパク質の投与を介して、疾患を治療または予防するための投与可能な組成物に関する。該組成物は、植物および植物残留物によって発現される、融合タンパク質の治療有効量を含む。   In another embodiment, the invention treats a disease through administration of a therapeutic fusion protein produced in a plant chloroplast comprising a tag that delivers the therapeutic fusion protein to a target cell or tissue of interest. Or relates to an administrable composition for prevention. The composition comprises a therapeutically effective amount of the fusion protein expressed by the plant and plant residue.

植物および植物細胞を形質転換するための方法、ベクターおよび組成物は、たとえば、国際公開第01/72959号パンフレット、国際公開第03/057834号パンフレット;および国際公開第04/005467号パンフレットに教示されている。国際公開第01/64023号パンフレットは、マーカーフリー遺伝子構築物の使用を議論している。
本明細書中に教示された特定の実施形態に従って発現されるタンパク質は、様々な方法で、対象、ヒトまたは動物、に投与することによって、インビボで使用され得る。医薬組成物は、経口または非経口、すなわち、皮下、筋肉内または静脈内に投与することができるが、経口投与が好ましい。
目的の治療用タンパク質のリストを、実施例IIに提供する。
Methods, vectors and compositions for transforming plants and plant cells are taught, for example, in WO 01/72959, WO 03/057834; and WO 04/005467. ing. WO 01/64023 discusses the use of marker-free gene constructs.
Proteins expressed according to particular embodiments taught herein can be used in vivo by administering to a subject, human or animal in a variety of ways. The pharmaceutical composition can be administered orally or parenterally, ie subcutaneously, intramuscularly or intravenously, although oral administration is preferred.
A list of therapeutic proteins of interest is provided in Example II.

本発明の実施形態によって生成される経口組成物は、プラスチド由来の治療用融合タンパク質を産生する形質転換植物を用いて、製造された食品の消費によって投与することができる。植物の可食部またはその一部は、食物成分として使用される。
治療組成物は、所望の投与様式に適した、固体または液体ビヒクル、希釈剤および添加剤を使用して、古典的な様式で処方することができる。経口的には、組成物は、錠剤、カプセル、顆粒、粉末などの形態で、デンプン、炭酸カルシウム、スクロース、ラクトース、ゼラチンなどの少なくとも1つのビヒクルと一緒に投与することができる。製剤は、乳化されていてもよい。
活性な免疫原性または治療用成分は、しばしば、薬学的に許容され、有効成分と適合する賦形剤と混合される。適切な賦形剤は、たとえば、水、生理食塩水、デキストロース、グリセロール、エタノールなど、およびそれらの組み合わせである。さらに、所望であれば、組成物は、湿潤剤または乳化剤、pH緩衝剤またはアジュバントなどの少量の補助物質を含有してもよい。
好ましい実施形態において、製薬用形質転換植物の食用植物、ジュース、穀粒、葉、塊茎、茎、種子、根または他の植物部分は、ヒトまたは動物によって摂取され、したがって、疾患に対する治療または免疫の非常に安価な手段を提供する。特定の実施形態において、治療用融合タンパク質を発現することができる葉緑体を含む植物材料(たとえば、レタス、トマト、ニンジン、低ニコチンタバコ材料など)は、均質化され、封入化される。特定の一実施形態では、レタス材料の抽出物が封入される。別の実施形態では、レタス材料は、封入化する前に粉末化する。別の実施形態では、投与の便宜のために、組成物は、形質転換植物の果汁で提供される場合がある。
この目的のために、形質転換される植物は、とりわけ、トマト、ニンジンおよびリンゴからなる食用植物から選択されることが好ましく、これらは、通常、ジュースの形態で消費される。
Oral compositions produced according to embodiments of the present invention can be administered by consumption of manufactured foods using transformed plants that produce plastid-derived therapeutic fusion proteins. The edible part of the plant or a part thereof is used as a food ingredient.
The therapeutic composition can be formulated in a classic manner using solid or liquid vehicles, diluents and additives appropriate to the desired mode of administration. Orally, the composition can be administered in the form of tablets, capsules, granules, powders, etc. with at least one vehicle such as starch, calcium carbonate, sucrose, lactose, gelatin and the like. The preparation may be emulsified.
The active immunogenic or therapeutic ingredient is often mixed with excipients that are pharmaceutically acceptable and compatible with the active ingredient. Suitable excipients are, for example, water, saline, dextrose, glycerol, ethanol, and the like, and combinations thereof. In addition, if desired, the composition may contain minor amounts of auxiliary substances such as wetting or emulsifying agents, pH buffering agents or adjuvants.
In a preferred embodiment, the edible plant, juice, grain, leaf, tuber, stem, seed, root or other plant part of the pharmaceutical transformed plant is ingested by a human or animal and is therefore therapeutic or immune to the disease. Provides a very inexpensive means. In certain embodiments, plant material comprising chloroplasts capable of expressing a therapeutic fusion protein (eg, lettuce, tomato, carrot, low nicotine tobacco material, etc.) is homogenized and encapsulated. In one particular embodiment, an extract of lettuce material is encapsulated. In another embodiment, the lettuce material is powdered prior to encapsulation. In another embodiment, for convenience of administration, the composition may be provided in the juice of a transformed plant.
For this purpose, the plants to be transformed are preferably selected from edible plants consisting in particular of tomatoes, carrots and apples, which are usually consumed in the form of juices.

別の実施形態によれば、本発明は、本明細書中に開示される、治療用融合タンパク質またはペプチドを発現する異種遺伝子を含むベクターで形質転換された形質転換葉緑体ゲノムに関する。
本明細書のタンパク質配列への参照は、公知の全長アミノ酸配列、ならびに、そのようなアミノ酸配列またはその生物学的に活性な変異体から選択される、少なくとも、12,15,25,50,75,100,125,150,175,200,225,250または265の連続したアミノ酸に関連する。典型的には、ポリペプチド配列は、その配列の既知のヒトのバージョンに関する。
According to another embodiment, the present invention relates to a transformed chloroplast genome transformed with a vector comprising a heterologous gene expressing a therapeutic fusion protein or peptide as disclosed herein.
References to protein sequences herein are at least 12, 15, 25, 50, 75 selected from known full-length amino acid sequences, as well as such amino acid sequences or biologically active variants thereof. , 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250 or 265 consecutive amino acids. Typically, a polypeptide sequence relates to a known human version of that sequence.

生物学的に活性な変異体は、経口免疫寛容(oral tolerance)の場合には、免疫抑制性サイトカイン(immunosuppressive)(IL10およびIL4など)および血清抗体(IgG1のような)のアップレギュレーションを特徴とする、T細胞を活性化し、および/またはTh2細胞応答を誘導する変異体、または、タンパク質の天然機能を望む場合には、タンパク質の天然機能を維持する変異体を指す。
好ましくは、天然又は非天然に起こったポリペプチド変異体は、完全長アミノ酸配列またはそのフラグメントに対して、少なくとも、約55,60,65又は70、好ましくは、約75,80,85,90,96,96又は98%が同一である、アミノ酸配列を有する。
推定ポリペプチド変異体と完全長アミノ酸配列との間の同一性パーセントは、Blast2 アライメント プログラム(Blast2 alignment program)(Blosum62、Expect 10、標準遺伝子コード)を用いて決定される。
パーセント同一性における変化は、たとえば、アミノ酸の置換、挿入、または欠失によるものであり得る。アミノ酸置換は、1対1のアミノ酸置換のものとして定義される。置換アミノ酸が類似の構造的および/または化学的特性を有する場合、それらは、自然に保存的である。保存的置換の例は、ロイシンをイソロイシンまたはバリンと置換、アスパラギン酸をグルタミン酸で置換、またはスレオニンをセリンとの置換である。
アミノ酸の挿入または欠失は、アミノ酸配列への変化またはアミノ酸配列内の変化である。
それらは、典型的には、約1〜5アミノ酸の範囲内にある。
どのアミノ酸残基が、ポリペプチドの生物学的活性または免疫学的活性を消失させることなく、置換、挿入または欠失され得るかを決定するための指針は、DNASTARソフトウェアのような当該分野で周知のコンピュータープログラムを用いて見出すことができる。
Biologically active variants are characterized by upregulation of immunosuppressive cytokines (such as IL10 and IL4) and serum antibodies (such as IgG1) in the case of oral tolerance. Refers to a variant that activates T cells and / or induces a Th2 cell response, or a variant that maintains the natural function of the protein if one desires the natural function of the protein.
Preferably, naturally or non-naturally occurring polypeptide variants are at least about 55,60,65 or 70, preferably about 75,80,85,90, relative to the full length amino acid sequence or fragment thereof. 96, 96 or 98% have the same amino acid sequence.
The percent identity between the putative polypeptide variant and the full length amino acid sequence is determined using the Blast2 alignment program (Blosum62, Expect 10, standard gene code).
Changes in percent identity can be due, for example, to amino acid substitutions, insertions, or deletions. Amino acid substitutions are defined as one-to-one amino acid substitutions. If substituted amino acids have similar structural and / or chemical properties, they are naturally conservative. Examples of conservative substitutions are substitution of leucine with isoleucine or valine, substitution of aspartic acid with glutamic acid, or substitution of threonine with serine.
An amino acid insertion or deletion is a change in or within an amino acid sequence.
They are typically in the range of about 1-5 amino acids.
Guidance for determining which amino acid residues can be substituted, inserted or deleted without losing the biological or immunological activity of the polypeptide is well known in the art, such as DNASTAR software. Can be found using a computer program.

アミノ酸の変化が、生物学的に活性な治療用融合ポリペプチドをもたらすかどうかは、たとえば、以下の特定の実施例に記載されるように、天然の活性についてアッセイすることによって容易に決定することができる。
本明細書の遺伝子配列への言及は、一本鎖または二本鎖の核酸配列を意味し、そして、目的のポリペプチドのコード配列またはそのコード配列の相補体を含む。
Whether an amino acid change results in a biologically active therapeutic fusion polypeptide is readily determined, for example, by assaying for natural activity, as described in the specific examples below. Can do.
Reference herein to a gene sequence means a single-stranded or double-stranded nucleic acid sequence and includes the coding sequence of the polypeptide of interest or the complement of the coding sequence.

ポリペプチドならびにcDNAと、少なくとも、約50,55,60,65,60、好ましくは、約75,90,96、または98%同一である、相同ヌクレオチド配列をコードする、縮重核酸配列は、本明細書におけるポリヌクレオチドの教示に従って使用することができる。
2つのポリヌクレオチドの配列間の配列同一性パーセントは、ギャップオープンペナルティ−12(gap open penalty of −12)およびギャップ伸長ペナルティ−2(gap extension penalty of −2.)を用いた、アフィンギャップサーチ(affine gap search)を用いて、FASTAアルゴリズムを採用するALIGNなどのコンピュータプログラムを用いて決定される。
生物学的に活性なポリペプチドをコードする核酸配列の、相補DNA(cDNA)分子、種相同体、および変異体はまた有用なポリヌクレオチドである。
上記の核酸配列の変異体および相同体(homologs)もまた有用な核酸配列である。
典型的には、相同なポリヌクレオチド配列は、当技術分野で知られているように、ストリンジェントな条件下で、候補ポリヌクレオチドと既知のポリヌクレオチドとのハイブリダイゼーションによって同定することができる。
たとえば、以下の洗浄条件を使用する:
2×SSC(0.3M NaCl、0.03Mクエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.1%SDS、室温でそれぞれ2回、各30分間;
次に、2×SSC、0.1%SDS、50℃で1回、30分間;
次いで、2XSSC、室温で2回、各10分間、
多くとも、約25〜30%の塩基対ミスマッチを含む相同配列を同定することができる。
A degenerate nucleic acid sequence encoding a homologous nucleotide sequence that is at least about 50, 55, 60, 65, 60, preferably about 75, 90, 96, or 98% identical to a polypeptide as well as cDNA is It can be used according to the teachings of polynucleotides in the specification.
The percent sequence identity between the sequences of two polynucleotides was determined using an affine gap search (gap open penalty of -12) and gap extension penalty of -2 (gap extension penalty of -2.). It is determined using a computer program such as ALIGN which employs the FASTA algorithm.
Complementary DNA (cDNA) molecules, species homologues, and variants of nucleic acid sequences that encode biologically active polypeptides are also useful polynucleotides.
Variants and homologs of the above nucleic acid sequences are also useful nucleic acid sequences.
Typically, homologous polynucleotide sequences can be identified by hybridization of candidate polynucleotides with known polynucleotides under stringent conditions, as is known in the art.
For example, use the following cleaning conditions:
2 × SSC (0.3 M NaCl, 0.03 M sodium citrate, pH 7.0), 0.1% SDS, twice each at room temperature for 30 minutes each;
Next, 2 × SSC, 0.1% SDS, once at 50 ° C. for 30 minutes;
Then 2XSSC, twice at room temperature for 10 minutes each
At most, homologous sequences containing about 25-30% base pair mismatch can be identified.

より好ましくは、相同核酸鎖は、15〜25%の塩基対ミスマッチ、さらにより好ましくは、5〜15%の塩基対ミスマッチを含む。
本明細書中で言及される、ポリヌクレオチドの種相同体はまた、適切なプローブまたはプライマーを作製し、そして、cDNA発現ライブラリーをスクリーニングすることによって同定され得る。
相同性が1%低下するごとに、二本鎖DNAのTmが、1〜1.5℃低下することはよく知られている(Bonnerら、J.Mol.Biol.81,123(1973))。関心対象のポリヌクレオチド、またはストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび/または洗浄条件に従う、それらの相補体もまた、有用なポリヌクレオチドである。例えば、Sambrookら、「分子クローニング:実験室マニュアル」、第2版、1989年、9.50から9.51頁において、ストリンジェントな洗浄条件は周知であり、そして、当技術分野で理解され、そして、開示されている、
More preferably, the homologous nucleic acid strand comprises 15-25% base pair mismatch, even more preferably 5-15% base pair mismatch.
Polynucleotide species homologs referred to herein can also be identified by making appropriate probes or primers and screening cDNA expression libraries.
It is well known that the Tm of double-stranded DNA decreases by 1 to 1.5 ° C. every time the homology decreases by 1% (Bonner et al., J. Mol. Biol. 81, 123 (1973)). . Polynucleotides of interest, or their complements subject to stringent hybridization and / or wash conditions, are also useful polynucleotides. For example, in Sambrook et al., “Molecular Cloning: A Laboratory Manual”, Second Edition, 1989, pages 9.50 to 9.51, stringent wash conditions are well known and understood in the art, And disclosed,

典型的には、ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件については、研究中のハイブリッドの計算されたTより約12〜20℃低い、温度および塩濃度の組み合わせを選択すべきである。目的のポリヌクレオチドまたはその相補体と、少なくとも約50、好ましくは約75、90、96、または98%、それらのヌクレオチド配列と同一であるポリヌクレオチド配列との間のハイブリッドのTは、たとえば、BoltonとMcCarthyの方程式を用いて、Proc.Natl.Acad.Sci.USA48,1390(1962)、計算することができる:
Tm=81.5℃−16.6(log10[Na+])+0.41(%G+C)−0.63(%ホルムアミド)−600/l)、
ここで、l=塩基対におけるハイブリッドの長さ。
ストリンジェントな洗浄条件は、たとえば、65℃で、4×SSC、または42℃で50%ホルムアミド、4×SSC、または、65℃で、0.5×SSC、0.1%SDSを含む。
高度にストリンジェントな洗浄条件は、たとえば、65℃で0.2×SSCを含む。
本発明の実施を容易にするために、以下の材料および方法が提供される。
Typically, for stringent hybridization conditions, a combination of temperature and salt concentration should be selected that is about 12-20 ° C. lower than the calculated T m of the hybrid under study. The T m of the hybrid between the polynucleotide of interest or its complement and a polynucleotide sequence that is at least about 50, preferably about 75, 90, 96, or 98% identical to the nucleotide sequence is, for example, Using the Bolton and McCarthy equations, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 48, 1390 (1962), can be calculated:
Tm = 81.5 ° C.−16.6 (log 10 [Na +]) + 0.41 (% G + C) −0.63 (% formamide) −600 / l),
Where l = length of the hybrid in base pairs.
Stringent wash conditions include, for example, 4 × SSC at 65 ° C., or 50% formamide at 42 ° C., 4 × SSC, or 0.5 × SSC, 0.1% SDS at 65 ° C.
Highly stringent wash conditions include, for example, 0.2 × SSC at 65 ° C.
In order to facilitate the practice of the present invention, the following materials and methods are provided.

異なるタグ化GFP融合タンパク質を発現する、トランスプラストミックス株(transplastomic lines)の作製   Generation of transplastomic lines expressing different tagged GFP fusion proteins

CTB−GFPおよびPTD−GFPを発現する、形質転換植物体(transplastomic plants)は、以前の研究[6,34]に記載されているように作製された。DC特異的ペプチドは、Ph.D.のスクリーニングから同定された。GFPのC末端に、12−merのファージ ディスプレイ ライブラリー[26]をコンジュゲートし、そして、葉緑体形質転換ベクターにクローニングし(cloned into chloroplast transformation vector)、そして、DCpep−GFPを発現するトランスプラストミックス株(transplastomic lines)を作製し、そして、以前に記載されたサザンブロットアッセイを用いて、ホモプラスミー株(homoplasmic lines、同一内部構造系統)を確認した[35]。
また、GFPタグ化タンパク質の発現は、UV照射下で、各構築物の葉からの緑色蛍光を可視化することによって確認した。
Transplastic plants that express CTB-GFP and PTD-GFP were generated as described in previous studies [6, 34]. DC-specific peptides are described in Ph. D. Identified from screening. A 12-mer phage display library [26] is conjugated to the C-terminus of GFP and cloned into a chloroplast transformation vector, and trans expressing DCpep-GFP. A plastomic line was created and a homoplasmic line (homoplasmic lines, identical internal structural strain) was confirmed using the Southern blot assay described previously [35].
The expression of GFP-tagged protein was confirmed by visualizing green fluorescence from the leaves of each construct under UV irradiation.

凍結乾燥
収穫した成熟した葉を、−80℃で保存し、そして、凍結乾燥機(Genesis 35XL、VirTis SP Scientific)を用いて凍結乾燥し、それにより、凍結および粉砕した(crumbled)、葉の小片を、真空の条件下(400mTorr)、3日間、−40℃〜25℃で、チャンバー温度を徐々に上昇させる条件下で昇華させた。
次いで、凍結乾燥させた葉を、コーヒー粉砕機(Hamilton Beach)で、最高速度で、3回(各10秒)で粉砕した。
粉末化された植物細胞は、シリカゲルを用いて、室温、気密で湿気のない状態で保存した。
Lyophilized Harvested mature leaves were stored at −80 ° C. and lyophilized using a lyophilizer (Genesis 35XL, VirTis SP Scientific), thereby freezing and crushed, small pieces of leaves Was sublimated under vacuum conditions (400 mTorr) for 3 days at −40 ° C. to 25 ° C. under conditions where the chamber temperature was gradually increased.
The lyophilized leaves were then ground in a coffee grinder (Hamilton Beach) three times (10 seconds each) at maximum speed.
The powdered plant cells were stored at room temperature in an airtight and moisture-free state using silica gel.

GFP融合タンパク質の定量およびGM1結合アッセイ
GFP融合タンパク質の定量のための、デンシトメトリー(densitometry 濃度測定)アッセイおよびGM1 ELISAアッセイは、GFP標準タンパク質(Vector laboratories MB−0752−100)およびマウスモノクローナル抗GFP抗体(EMD MILLIPORE MAB3580)を用いたことを除いて、以前の方法[14]に従って行われた。CTB−GFPの五量体構造(pentameric structure)を同定するために、非変性トリストリシンゲル(Tris−tricine gel)を、以前の研究[36]に従って実施した。
Quantification of GFP fusion protein and GM1 binding assay Densitometry (densitometry concentration measurement) assay and GM1 ELISA assay for quantification of GFP fusion protein are GFP standard protein (Vector laboratories MB-0752-100) and mouse monoclonal anti-GFP. Performed according to previous method [14] except using antibody (EMD MILLIPORE MAB3580). To identify the pentameric structure of CTB-GFP, a non-denaturing tris-tricine gel was performed according to previous studies [36].

タグ融合GFPタンパク質の精製
GFP融合ペプチド、PTD−GFPおよびDCpep−GFPのタンパク質精製は、前出の[37]に記載された有機抽出/FPLCに基づく方法によって実施した。
約200mgの凍結乾燥植物細胞を、10mlの植物抽出緩衝液(100mM NaCl、10mM EDTA、200mM Tris−Cl pH8.0、0.2% TritonX、400mM スクロース(Sucrose)、2%v/vのPMSF、プロテアーゼ阻害剤1錠を全容量10ml中に含む)に均質にした(homogenized)。超音波処理後、ホモジネートを回転沈降(spun down)させ、上清を回収した。
上清を、50mlのファルコンチューブ(falcon tube)に移し、そして、以前に行ったように有機抽出(organic extraction)に付した[37]。
植物抽出物を、抽出物中の最終濃度が70%になるように、飽和硫酸アンモニウムで、処理した。次いで、100%エタノールの総抽出量の4分の1を添加し、2分間激しく混合し、そして、次いで回転沈降(spun down)した。
得られた有機相(上相)を、新しい50mlのファルコンチューブ(falcon tube)に集めた。残りの水相に、100%エタノールを総容量の1/16加え、2分間激しく振とうし、次に再び回転沈降した。
両方の回転物(spins)からの有機相を、一緒にプールし、そして、5M NaClを総容量の1/3およびn−ブタノールを得られた体積の1/4添加し、2分間激しく振盪し、回転沈降した。
管の底に得られた有機抽出層(下相)を回収し、そして、次いで、7KDa MWCO脱塩カラム(Thermo scientific zebaスピンカラム 89893)に通して、脱塩した。有機抽出物を、脱塩カラムに負荷し、そして、製造業者の指示に従って回転沈降させた。
次いで、脱塩した有機抽出物(約5ml容量)を、FPLCカラム(LKB−FPLC精製システム、Pharmacia;48mLカラム容量)上に負荷した。精製プロセスの間に、試料を、20%硫酸アンモニウムで飽和した、3.5カラム容量の緩衝液A(10mMトリスHCl、10mM EDTAおよび291gm 硫酸アンモニウム セット、pH7.8に設定)で洗浄した。
次いで、カラムを、緩衝液B(10mM Tris HCl、10mM EDTA硫酸塩、pH7.8に設定した)を段階的に増加させて、GFP融合体を溶出させた。
タンパク質は、レコーダー上にプロットされた単一のピークに対応する、280nmでの吸光度の測定によって検出された。そのピークに相当する画分を、全容量9mlの単一チューブに集めた。
次いで、精製された画分を、0.01xPBSの2Lで、3回透析し、そして、次いで凍結乾燥した(Labconco凍結乾燥器)。次いで、凍結乾燥した精製GFP融合物を、ウェスタンブロット/デンシトメトリー法により定量した。
CTB−GFPの精製のために、凍結乾燥した葉材料(400mg)を、20mlの抽出緩衝液(50mM Na−P、pH7.8;300mM NaCl;0.1%Tween−20;1tbのEDTAを含まないプロテアーゼ阻害剤カクテル)に再懸濁させた。
再懸濁物を超音波処理し、そして、次いで、10,000rpm、4℃で、10分間遠心分離した。上清を、1mlの、His60 Ni樹脂(Clonetech、635657)と混合し、そして、製造者の指示に従って精製を行った。
Purification of tag-fused GFP protein Protein purification of GFP fusion peptides, PTD-GFP and DCpep-GFP was performed by the organic extraction / FPLC-based method described in [37] above.
Approximately 200 mg of lyophilized plant cells was added to 10 ml of plant extraction buffer (100 mM NaCl, 10 mM EDTA, 200 mM Tris-Cl pH 8.0, 0.2% Triton X, 400 mM sucrose (Sucrose), 2% v / v PMSF, (1 tablet of protease inhibitor contained in a total volume of 10 ml) was homogenized. After sonication, the homogenate was spun down and the supernatant was collected.
The supernatant was transferred to a 50 ml falcon tube and subjected to organic extraction as previously done [37].
The plant extract was treated with saturated ammonium sulfate so that the final concentration in the extract was 70%. Then a quarter of the total extract of 100% ethanol was added, mixed vigorously for 2 minutes, and then spun down.
The resulting organic phase (upper phase) was collected in a new 50 ml falcon tube. To the remaining aqueous phase, 1/16 of 100% ethanol was added and shaken vigorously for 2 minutes and then spun down again.
The organic phases from both spins are pooled together and 5M NaCl is added 1/3 of the total volume and n-butanol 1/4 of the resulting volume and shaken vigorously for 2 minutes. Rotation settled.
The organic extract layer (lower phase) obtained at the bottom of the tube was collected and then desalted by passing through a 7 KDa MWCO desalting column (Thermo scientific zeba spin column 89893). The organic extract was loaded onto a desalting column and spun down according to the manufacturer's instructions.
The desalted organic extract (approximately 5 ml volume) was then loaded onto an FPLC column (LKB-FPLC purification system, Pharmacia; 48 mL column volume). During the purification process, the samples were washed with 3.5 column volumes of buffer A (set to 10 mM Tris HCl, 10 mM EDTA and 291 gm ammonium sulfate set, pH 7.8) saturated with 20% ammonium sulfate.
The column was then stepped with Buffer B (set to 10 mM Tris HCl, 10 mM EDTA sulfate, pH 7.8) to elute the GFP fusion.
Protein was detected by measuring absorbance at 280 nm, corresponding to a single peak plotted on the recorder. The fraction corresponding to the peak was collected in a single tube with a total volume of 9 ml.
The purified fraction was then dialyzed 3 times with 2 L of 0.01 × PBS and then lyophilized (Labconco lyophilizer). The lyophilized purified GFP fusion was then quantified by Western blot / densitometry.
For purification of CTB-GFP, lyophilized leaf material (400 mg) contains 20 ml extraction buffer (50 mM Na-P, pH 7.8; 300 mM NaCl; 0.1% Tween-20; 1 tb EDTA) Resuspended in a protease inhibitor cocktail).
The resuspension was sonicated and then centrifuged at 10,000 rpm, 4 ° C. for 10 minutes. The supernatant was mixed with 1 ml of His60 Ni resin (Clonetech, 635657) and purified according to the manufacturer's instructions.

純度測定およびクマシー染色(Coomassie staining)
ブラッドフォードアッセイを用いて、各GFPタグ画分から精製された全タンパク質を定量し、次いで定量セクションに記載されるように、デンシトメトリーアッセイを実施して、画分中のGFP融合タンパク質の量を定量した。
次に、Bradfordアッセイから得られたタンパク質の総量に対する、GFP融合タンパク質の量の百分率を計算することにより、純度を評価した。
非変性条件下で、10%SDSゲルを通過させることにより、GFP融合タンパク質の蛍光を調べるために、非変性SDS−PAGEもまた行った。
Purity measurement and Coomassie staining
A Bradford assay was used to quantify the total protein purified from each GFP-tagged fraction and then a densitometric assay was performed to determine the amount of GFP fusion protein in the fraction as described in the quantification section. Quantified.
The purity was then assessed by calculating the percentage of the amount of GFP fusion protein relative to the total amount of protein obtained from the Bradford assay.
Non-denaturing SDS-PAGE was also performed to examine the fluorescence of the GFP fusion protein by passing through a 10% SDS gel under non-denaturing conditions.

GFP発現の評価
血清および組織中のGFPの存在を、我々の社内のGFP ELISAによって定量化した。我々の以前の報告[6、16]のように、最後の経口強制飼養(gavage)の2および5時間後に、血液および組織サンプルを採取し、そして、血清を−80℃で保存した。
組織を、RIPA緩衝液中でホモジナイズし、そして、GFP ELISAアッセイのために上清を収集した。我々の社内ELISAプロトコルが確立され、そして、標準は、GFP ELISAキット(AKR121;Cell Biolab)に基づいて較正された。
簡単に説明すると、96ウェルのMaxisorpプレート(Nunc)を、コーティング緩衝液(pH9.6)中のヤギのポリクローナルGFP抗体(2.5mg/ml、Rockland)で、4℃で、一晩被覆した
プレートを、37℃で、2時間、3%のBSAを含むPBSでブロックした。
1%BSAを含むPBS中の、血清の連続2倍希釈液を、2連(in duplicate)で加え、そして、4℃で一晩インキュベートした。
次いで、プレートを、ビオチン融合ウサギポリクローナル抗GFP 1:5000(Rockland)とともに、4℃で一晩インキュベートし、続いて、1:2000に希釈されたストレプトアビジン ペルオキシダーゼ(streptavidin peroxidases)(Rockland)を添加した。
37℃で、1時間さらにインキュベートした後、プレートを洗浄し、そして、基質溶液を加え、そして、室温で10分間インキュベートした。
1ウェルあたり、100μlの2N硫酸を加えて反応を停止させ、そして、ELISAリーダーを用いて、450nmで吸光度を測定した。結果を平均±SEMとして示す。
Assessment of GFP expression The presence of GFP in serum and tissues was quantified by our in-house GFP ELISA. As in our previous report [6, 16], blood and tissue samples were taken and serum stored at −80 ° C. 2 and 5 hours after the last oral gavage.
Tissues were homogenized in RIPA buffer and supernatants were collected for GFP ELISA assays. Our in-house ELISA protocol was established and the standards were calibrated based on the GFP ELISA kit (AKR121; Cell Biolab).
Briefly, 96-well Maxisorp plates (Nunc) were coated overnight at 4 ° C. with goat polyclonal GFP antibody (2.5 mg / ml, Rockland) in coating buffer (pH 9.6). Were blocked with PBS containing 3% BSA for 2 hours at 37 ° C.
Serial 2-fold dilutions of serum in PBS containing 1% BSA were added in duplicate and incubated overnight at 4 ° C.
Plates were then incubated overnight at 4 ° C. with biotin-fused rabbit polyclonal anti-GFP 1: 5000 (Rockland), followed by addition of 1: 2000 diluted streptavidin peroxidases (Rockland). .
After further incubation at 37 ° C. for 1 hour, the plate was washed and the substrate solution was added and incubated at room temperature for 10 minutes.
The reaction was stopped by adding 100 μl of 2N sulfuric acid per well, and the absorbance was measured at 450 nm using an ELISA reader. Results are shown as mean ± SEM.

マウスおよび経口送達実験
8週齢の雌性C57BL/6マウス(Jackson Laboratories、Bar Harbor、MI)を、無作為に、4群に分け(各群につき6匹)、そして、凍結乾燥したバイオ封入された、CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFP植物細胞を用い、経口で、20mg/マウス/日を、3日間連続して投与した。全ての凍結乾燥材料を、200μlのPBSに懸濁した。3日目に、最後の経口強制飼養の2時間後および5時間後に、血液サンプルを採取した。
5時間の時点で、全てのマウスを屠殺し、そして、器官(肝臓、腎臓、肺、脳、前脛骨筋(tibialis anterior muscle(TA)))を採取し、そして、−80℃で保存した。
対照群(n=6)には、形質転換されていない凍結乾燥植物細胞を与えた。マウスを、制御された湿度および温度条件下で、フロリダ大学およびペンシルベニア大学の動物施設に収容し、そして、実験は、動物実験および使用委員会のガイドラインに従って行った。
Mice and Oral Delivery Experiments Eight week old female C57BL / 6 mice (Jackson Laboratories, Bar Harbor, MI) were randomly divided into 4 groups (6 mice per group) and lyophilized bioencapsulated. CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP plant cells were orally administered 20 mg / mouse / day for 3 consecutive days. All lyophilized material was suspended in 200 μl PBS. On day 3, blood samples were taken 2 hours and 5 hours after the last oral gavage.
At 5 hours, all mice were sacrificed and organs (liver, kidney, lung, brain, tibialis muscle (TA)) were harvested and stored at −80 ° C.
A control group (n = 6) received untransformed lyophilized plant cells. Mice were housed at the University of Florida and University of Pennsylvania animal facilities under controlled humidity and temperature conditions and experiments were performed according to animal experimentation and use committee guidelines.

免疫蛍光染色(Immunofluorescent staining)
我々が、以前に記載したように[8,16]、C57BL/6マウスに、GFP発現植物細胞を、2時間間隔で、2回、経口食餌した。最後の摂食から2時間後に、マウスを犠牲にし、肝臓および腸を除去した。腸を縦に切り開き、そして、PBSで洗浄した後、次いで、ロールアップし(rolled up)、4℃で、4%パラホルムアルデヒドで、一晩、固定した。肝組織も同様に固定した。
続いて、固定した組織を、PBS中30%のスクロース中で、4℃で、さらにインキュベートし、そして、OCTに包埋した。連続切片を、10μmの厚さに切断した。
GFP発現の分析のために、切片を、0.1%のTriton X−100で浸透処理し、そして、PBS中の5%ロバ血清を用いて30分間ブロックし、続いて、1:1000(ab290、Abcam)で、ウサギ抗GFP抗体と共に、4℃で一晩、インキュベートした。次に、切片を、Alexa Fluor 488 ロバ抗ウサギIgG(Jackson ImmunoResearch)で、30分間または、ローダミン標識Ulex europaeusアグルチニン(UEA−1; Vector Labs;10μg/mL)で、10分間、インキュベートしてから、洗浄し、そして、DAPI(4,6ジアミジノ−2−フェニルインドール)で、または無しで、マウントした。Nikon Eclipse 80i蛍光顕微鏡およびRetiga 2000Rデジタルカメラ(QImaging)を用いて画像を捕捉し、Nikon Elementsソフトウェアで分析した。
Immunofluorescent staining (Immunofluorescent staining)
As described previously [8, 16], C57BL / 6 mice were orally fed GFP-expressing plant cells twice at 2-hour intervals. Two hours after the last feeding, the mice were sacrificed and the liver and intestine were removed. The intestine was cut longitudinally and washed with PBS, then rolled up and fixed with 4% paraformaldehyde overnight at 4 ° C. Liver tissue was similarly fixed.
Subsequently, the fixed tissues were further incubated at 30C in 30% sucrose in PBS and embedded in OCT. Serial sections were cut to a thickness of 10 μm.
For analysis of GFP expression, sections were permeabilized with 0.1% Triton X-100 and blocked with 5% donkey serum in PBS for 30 minutes, followed by 1: 1000 (ab290 , Abcam) with a rabbit anti-GFP antibody at 4 ° C. overnight. The sections were then incubated with Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit IgG (Jackson ImmunoResearch) for 30 minutes or with rhodamine-labeled Ulex europaeus agglutinin (UEA-1; Vector Labs; 10 μg / mL) for 10 minutes, Washed and mounted with or without DAPI (4,6 diamidino-2-phenylindole). Images were captured using a Nikon Eclipse 80i fluorescent microscope and a Retiga 2000R digital camera (QImaging) and analyzed with Nikon Elements software.

精製タグ融合GFPタンパク質の、ヒト細胞株による取り込み
免疫調節細胞における3つのタグ、CTB、PTDおよびDCペプチドの取り込みを決定するために、成熟樹状細胞、ヒトT細胞(Jurkat細胞)、ヒトB細胞(BCBL1)、マクロファージ細胞(mφ)、肥満細胞および非免疫調節性細胞、ヒト腎臓細胞(293T)、ヒト膵臓上皮様癌細胞(PANC−1)およびヒト膵管上皮細胞(HPDE)を培養し、そして、精製されたタグ融合タンパク質のインビトロの形質転換に使用した。
細胞(2×10)を、それぞれ、精製されたCTB(8.8μg)、PTD(13.5μg)およびDCpep(1.3μg)の融合タンパク質と合わせて、100μlFBSで補充された1%PBS中でインキュベートし、37℃で、1時間インキュベートした。
PBS洗浄後、細胞ペレットを、1:3000に希釈したDAPIで染色し、そして、室温で、10分間、2%パラホルムアルデヒドで固定した。次いで、細胞をスライドガラス上で、細胞質(cytoseal)でシールし、共焦点顕微鏡法で調べた。
ライブイメージ研究のために、精製したGFP融合タンパク質とのインキュベーション後、樹状細胞をガラス底のマイクロウェルディッシュ(MatTek)上に載せ、そして、共焦点顕微鏡下で観察し、続いてDAPIで核染色した。
293T、PANC−1およびマクロファージ細胞については、細胞を、37℃で、8ウェルチャンバースライド(Nunc)で一晩培養し、続いて、精製した、CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFP(上記と同じ)と共に、37℃で、1時間、インキュベートした。
PBSで、ウェルを洗浄した後、細胞を、1:3000 DAPIで染色し、そして、室温で、10分間、2%パラホルムアルデヒドで固定した。
ネガティブコントロール群では、細胞を、1%FBSを含むPBS中で、市販のGFP(2μg)とともにインキュベートしたか、または処置をしなかった。
インキュベーションの1時間後、細胞をPBSで1回洗浄した。生存している、非固定細胞を、共焦点顕微鏡を用いて画像化した。
Uptake of purified tag-fused GFP protein by human cell lines To determine uptake of three tags, CTB, PTD and DC peptide in immunoregulatory cells, mature dendritic cells, human T cells (Jurkat cells), human B cells (BCBL1), macrophage cells (mφ), mast cells and non-immunoregulatory cells, human kidney cells (293T), human pancreatic epithelial-like cancer cells (PANC-1) and human pancreatic duct epithelial cells (HPDE) and The purified tag fusion protein was used for in vitro transformation.
Cells (2 × 10 4 ) were combined with purified CTB (8.8 μg), PTD (13.5 μg) and DCpep (1.3 μg) fusion proteins, respectively, in 1% PBS supplemented with 100 μl FBS. And incubated at 37 ° C. for 1 hour.
After washing with PBS, the cell pellet was stained with DAPI diluted 1: 3000 and fixed with 2% paraformaldehyde for 10 minutes at room temperature. Cells were then sealed on a glass slide with cytosol and examined by confocal microscopy.
For live image studies, after incubation with purified GFP fusion protein, dendritic cells were mounted on glass-bottomed microwell dishes (MatTek) and observed under a confocal microscope followed by nuclear staining with DAPI did.
For 293T, PANC-1 and macrophage cells, cells were cultured overnight at 37 ° C. in 8-well chamber slides (Nunc), followed by purified CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP (above The same) at 37 ° C. for 1 hour.
After washing the wells with PBS, cells were stained with 1: 3000 DAPI and fixed with 2% paraformaldehyde for 10 minutes at room temperature.
In the negative control group, cells were incubated with commercial GFP (2 μg) or untreated in PBS containing 1% FBS.
After 1 hour of incubation, the cells were washed once with PBS. Viable, non-fixed cells were imaged using a confocal microscope.

異なるヒト細胞株における、精製GFP融合タンパク質の取り込み効率を決定するために、GFPシグナルを示す細胞の数を数え、そして、観察された細胞の総数に対するパーセンテージとして表した。
3つの独立した試料中の各細胞株について、合計15〜20枚の画像を、100倍の倍率で共焦点顕微鏡下に記録した。
To determine the uptake efficiency of purified GFP fusion protein in different human cell lines, the number of cells showing GFP signal was counted and expressed as a percentage of the total number of cells observed.
For each cell line in three independent samples, a total of 15-20 images were recorded under a confocal microscope at 100x magnification.

以下の実施例は、本発明の特定の実施形態を説明するために提供される。これらは、本発明を、いかようにも限定するものではない。   The following examples are provided to illustrate specific embodiments of the invention. These do not limit the invention in any way.

実施例I
異なるタグと融合したGFPの、ヒト細胞による取り込み
本研究では、葉緑体において異なるタグを融合させたGFPを発現する植物細胞の経口投与を検討し、そして、細胞の標的化とその生体分布を評価する。
PTD、DCpepおよびCTB融合物の、異なる経路を利用した、腸上皮を横断する送達は、全身送達、生体分布、およびおそらく最も重要なことに、非免疫細胞または免疫調節細胞による異なるパターンの取り込みを齎す。
これらのペプチドは、治療タンパク質を、血清、免疫調節細胞または特定の組織に送達するために使用され得る。
Example I
Incorporation of GFP fused with different tags by human cells In this study, we investigated the oral administration of plant cells expressing GFP fused with different tags in chloroplasts, and investigated cell targeting and its biodistribution. evaluate.
Delivery of PTD, DCpep and CTB fusions across the intestinal epithelium, utilizing different routes, results in systemic delivery, biodistribution, and most importantly, uptake of different patterns by non-immune or immunoregulatory cells. Hesitate.
These peptides can be used to deliver therapeutic proteins to serum, immunoregulatory cells or specific tissues.

3つの別個の経粘膜担体を試験した。
CTB五量体とGM1受容体との相互作用は、図1Aに示すように、よく研究されている。GM1受容体のペンタ糖構造は、水素結合を介して、CTBのアミノ酸と相互作用する[38]。対照的に、PTD(図1A)またはDCpep(図1A)について示された、構造の機構は完全には研究されていない。
細胞浸透性ペプチド(cell−penetrating peptides)(CPP)の二次構造は、円二色性(CD)によって研究されてきた。そのようなペプチドは、二次構造の誘導をもたらす、負に電荷したリン脂質小胞と相互作用する。このような研究では、小さな単層小胞(Small uni−lamellar vesicles)(SUV)が使用される。しかし、転座プロセスに関する、CPPの任意の二次構造の正確な役割を定義することは、困難である。CPPは、単純なモデル系であっても、実験条件に応じて、αヘリックスからベータシートへ構造を変化させることが示されている。したがって、それらは、その構造を変化させ、急速に膜環境に適応する“カメレオン”と記述されている(39)。
したがって、我々の研究では、二次構造は研究されなかったが、しかし、計算上の3−D構造を予測するために、I−TASSER(interative threading assembly refinementプログラム)を用いた[40]。
Three separate transmucosal carriers were tested.
The interaction between CTB pentamers and GM1 receptors is well studied, as shown in FIG. 1A. The pentasaccharide structure of the GM1 receptor interacts with the amino acids of CTB via hydrogen bonding [38]. In contrast, the structural mechanisms shown for PTD (FIG. 1A) or DCpep (FIG. 1A) have not been fully studied.
The secondary structure of cell-penetrating peptides (CPP) has been studied by circular dichroism (CD). Such peptides interact with negatively charged phospholipid vesicles that result in induction of secondary structure. In such studies, small unilamellar vesicles (SUV) are used. However, it is difficult to define the exact role of any secondary structure of the CPP with respect to the translocation process. CPP has been shown to change structure from an α helix to a beta sheet, depending on experimental conditions, even in a simple model system. They are therefore described as “chameleons” that change their structure and adapt rapidly to the membrane environment (39).
Therefore, in our study, secondary structure was not studied, but I-TASSER (interactive threading assembly refinement program) was used to predict the computational 3-D structure [40].

図1Aにおいて、代表モデルは、信頼スコア(C−スコア)、二乗平均平方根偏差(RMSD)値を有する高分解能モデル、およびテンプレートモデリングスコア(TM−スコア)のようなパラメーターの計算に基づいて選択された。
たとえば、最初のI−TASSERモデルと、タンパク質データバンク(PDB)ライブラリの対応する構造との位相的類似性を評価する、TM−スコアが、0.5より大きい場合、予測されるトポロジーは正しい[40]。予測モデルから、PTDのTM−スコアは0.60±0.14であり、そして、DCpepのTM−スコアは0.58±0.14であった。予測構造では、PTDはらせん構造を有するが、DCpepはループ構造を示す。予想通り、2つのペプチド間に類似性はない。
3つのタグ全てを緑色蛍光タンパク質(smGFP)に融合させて、その効率および特異性を評価した。
CTB(MIKLKFGVFFTVLLSSAYAHGTPQNITDLCAEYHNTQIHTLNDKIFSYTESLAGKREMAIITFKNGATFQVEVPGSQHIDSQKKAIERMKDTLRIAYLEAKVEKLCVWNNKTPHAIAAISMAN;配列番号1)を、フーリン切断部位Pro−Arg−Ala−Arg−Arg(配列番号2)を介して、N末端でGFPと融合させた[6]。
膵臓および十二指腸ホメオボックス因子−1(PDX−1)[41]に由来する、16個のアミノ酸(RHIKIWFQNRRMKWKK;配列番号3)を、N末端で、GFPと融合し、そして、この研究ではPTD−GFPと呼ぶ。
核標的化のためには、さらなる局在化シグナルが必要である。
16aa−PTDの6つのアミノ酸(RH、RR、およびKK)は、PDX−1の核局在化に重要である(42)。
12−merのファージ ディスプレイ ライブラリー[26]のスクリーニングから同定された、ヒト樹状細胞特異的ペプチドリガンド(FYPSYHSTPQRP(配列番号4))を、GFPのC末端に融合させる。
PTDおよびDC−ペプチドの両方を、フーリン切断部位が無いように操作して、侵入および組織分布を研究した。
材料・方法のセクションで記載するように、すべてのこれら三つの融合構築物は、葉緑体を形質転換するために使用された、葉緑体形質転換ベクターにクローニングされた(pLD)。
In FIG. 1A, a representative model is selected based on the calculation of parameters such as confidence score (C-score), high resolution model with root mean square deviation (RMSD) value, and template modeling score (TM-score). It was.
For example, if the TM-score is greater than 0.5, which evaluates the topological similarity between the initial I-TASSER model and the corresponding structure of the protein databank (PDB) library, the predicted topology is correct [ 40]. From the prediction model, the PTD TM-score was 0.60 ± 0.14 and the DCpep TM-score was 0.58 ± 0.14. In the predicted structure, PTD has a helical structure, while DCpep shows a loop structure. As expected, there is no similarity between the two peptides.
All three tags were fused to green fluorescent protein (smGFP) to evaluate its efficiency and specificity.
CTB (MIKLKFGVFFTVLLSASAHGTPQNITDLCAEYHNTQIHTNLNDKIFSYTESLAGKREMAIITFKNGATFQVEVPGSQHIDSQKKAIERMKDTLRIAYLEAKVEKLCVWNNKTPHA
Sixteen amino acids (RHIKIWFQNRRMKWKK; SEQ ID NO: 3) derived from pancreas and duodenal homeobox factor-1 (PDX-1) [41] were fused with GFP at the N-terminus and in this study PTD-GFP Call it.
Additional localization signals are required for nuclear targeting.
The six amino acids of 16aa-PTD (RH, RR, and KK) are important for nuclear localization of PDX-1 (42).
A human dendritic cell specific peptide ligand (FYPSYHSTPQRP (SEQ ID NO: 4)), identified from screening of a 12-mer phage display library [26], is fused to the C-terminus of GFP.
Both PTD and DC-peptide were engineered to have no furin cleavage site to study invasion and tissue distribution.
As described in the Materials and Methods section, all these three fusion constructs were cloned into a chloroplast transformation vector (pLD) that was used to transform chloroplasts.

GFP融合タンパク質を発現する植物を作製するために、タバコ葉緑体を、バイオリスティック粒子送達システム(biolistic particle delivery system)を用いて形質転換した。
図1Bに見られるように、各タグ融合GFPは、同一の調節配列−psbA プロモーターおよび光によって制御される5’UTR、そして、転写されたmRNAは、3‘ psbA UTRにより安定化される−により駆動される。psbA遺伝子は、最も高発現の葉緑体遺伝子であり、そして、従って、psbA調節配列は、我々の実験室での導入遺伝子発現のために使用されている[7、35]。
発現カセットの葉緑体ゲノムへの組み込みを容易にするために、イソロイシル−tRNAシンセターゼ(trnI)およびアラニル−tRNAシンセターゼ(trnA)遺伝子の2つの隣接配列が、天然の葉緑体ゲノム配列と同一である発現カセットに隣接する。
選択培地からの新芽(emerging shoots from selection medium)は、trnIおよびtrnAのスペーサー領域での、導入遺伝子カセット(transgene cassette)の特異的組込みについて、そして、次いで、trnIおよびtrnAの隣接配列を含む、Dig標識プローブを用いた、サザンブロット分析によって、各植物細胞中のすべての葉緑体ゲノムの形質転換(非形質転換の野生型の葉緑体ゲノムが不存在)が調べられた。(図1C)。
図1Cに見られるように、各GFP植物の3系統由来のHindIIIで消化されたgDNAは、プローブとハイブリダイズした場合に、CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFPについて、それぞれ、7.06,6.79および6.78kbpの、形質転換された大きなDNA断片および、未形質転換のより小さい断片(4.37kbp)の不存在を示した。
従って、3つの異なるGFP発現カセットの安定な組み込みと、導入遺伝子との葉緑体ゲノムのホモプラスミー(homoplasmy)が確認された。
さらに、UV光下で緑色蛍光を視覚化することにより、GFP発現を表現型的に(phenotypically)モニターした(図1D)。
To produce plants that express GFP fusion proteins, tobacco chloroplasts were transformed using a biolistic particle delivery system.
As seen in FIG. 1B, each tag-fused GFP is stabilized by the same regulatory sequences—the 5 ′ UTR controlled by the psbA promoter and light, and the transcribed mRNA is stabilized by the 3 ′ psbA UTR. Driven. The psbA gene is the most highly expressed chloroplast gene and, therefore, psbA regulatory sequences have been used for transgene expression in our laboratory [7,35].
To facilitate integration into the chloroplast genome of the expression cassette, the two flanking sequences of the isoleucyl-tRNA synthetase (trnI) and alanyl-tRNA synthetase (trnA) genes are identical to the native chloroplast genome sequence. Adjacent to an expression cassette.
Emerging shoes from selection medium for specific integration of the transgene cassette in the spacer region of trnI and trnA, and then containing flanking sequences of trnI and trnA Southern blot analysis using labeled probes examined the transformation of all chloroplast genomes in each plant cell (the absence of untransformed wild-type chloroplast genomes). (FIG. 1C).
As seen in FIG. 1C, HindIII-digested gDNA from three lines of each GFP plant was 7.06 for CTB-GFP, PTD-GFP, and DCpep-GFP, respectively, when hybridized with the probe. , 6.79 and 6.78 kbp, the absence of large transformed DNA fragments and the untransformed smaller fragment (4.37 kbp).
Therefore, stable integration of three different GFP expression cassettes and homoplasmy of the chloroplast genome with the transgene were confirmed.
In addition, GFP expression was monitored phenotypically by visualizing green fluorescence under UV light (FIG. 1D).

各GFPでタグ化された植物葉材料のバイオマスをスケールアップするために、各ホモプラスミック株(homoplasmic line)を、温度および湿度制御自動化温室内で生育させた。完全に成長した成熟葉を、光調節された制御配列によって駆動されるGFP融合タンパク質の蓄積を最大にするために、遅い夕方に収穫した。乾燥重量ベースで、融合タンパク質の含有量をさらに増加させるために、凍結した葉を、真空下、−40℃で、凍結乾燥させた。凍結乾燥は、タンパク質の濃縮効果に加えて、室温で、1年以上、植物で発現される治療用タンパク質の貯蔵寿命を延長した[13]。
したがって、この実施例では、GFP融合タグタンパク質を発現する、凍結乾燥および粉末化された植物細胞を、マウスの経口送達に使用した。GFP融合タグタンパク質のイムノブロットアッセイは、新鮮な、および、4月齢の凍結乾燥した葉で、同一サイズのタンパク質を示し(図1E)、凍結乾燥中の融合タンパク質の安定性および室温での延長された保存を確認した。
イムノブロットイメージにおいて、CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFPの、それぞれ、39.5kDa、29.2kDaおよび28.3kDaの単量体に加えて、PTD−GFP(58.4kDa)およびDCpep−GFP(56.6kDa)の二量体もまた検出された(図1E)。ホモダイマー化は、溶液中および結晶中に生じる、GFPの物理化学的特徴の1つである。モノマー間の接触は、各モノマーからの疎水性側鎖のコアおよび多数の親水性接触からなる広範な相互作用のために非常に堅い[43]。
また、CTBモノマーは、水素結合、塩橋および疎水性相互作用[44]によって媒介される、五量体構造内のサブユニット間相互作用により、非常に安定で、熱および変性剤に抵抗性である五量体構造に自己集合することができる。
CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFPについて、粉末凍結乾燥葉材料におけるGFPタンパク質濃度は、それぞれ、5.6μg/mg、24.1μg/mgおよび2.16μg/mgであった(図1C)。凍結乾燥後のGFPタンパク質濃度は、CTB−GFP、PTD−GFPおよびDCpep−GFPについて、それぞれ、17.1倍、12.7倍および18.8倍増加した(図1F)。凍結乾燥による新鮮な葉からの水の除去は、重量で90〜95%の減少に帰する。この効果は、次いで、乾燥葉1グラム当たり、タンパク質の10〜20倍の増加として現れる[13,15,45]。
In order to scale up the biomass of plant leaf material tagged with each GFP, each homoplasmic line was grown in a temperature and humidity controlled automated greenhouse. Fully grown mature leaves were harvested late evening to maximize accumulation of GFP fusion protein driven by light-regulated control sequences. In order to further increase the fusion protein content on a dry weight basis, the frozen leaves were lyophilized at −40 ° C. under vacuum. In addition to the protein concentration effect, lyophilization extended the shelf life of therapeutic proteins expressed in plants for more than a year at room temperature [13].
Thus, in this example, lyophilized and powdered plant cells expressing GFP fusion tag protein were used for oral delivery of mice. Immunoblotting assay of GFP fusion tag protein shows the same size protein in fresh and 4 month old lyophilized leaves (FIG. 1E), stability of fusion protein during lyophilization and extended at room temperature Confirmed saving.
In the immunoblot image, in addition to 39.5 kDa, 29.2 kDa and 28.3 kDa monomers of CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP, respectively, PTD-GFP (58.4 kDa) and DCpep-GFP A dimer of GFP (56.6 kDa) was also detected (FIG. 1E). Homodimerization is one of the physicochemical characteristics of GFP that occurs in solution and in crystals. The contact between the monomers is very stiff due to a wide range of interactions consisting of a hydrophobic side chain core from each monomer and multiple hydrophilic contacts [43].
CTB monomers are also very stable and resistant to heat and denaturing agents due to intersubunit interactions within the pentameric structure mediated by hydrogen bonds, salt bridges and hydrophobic interactions [44]. Can self-assemble into a pentameric structure.
For CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP, the GFP protein concentrations in the powder lyophilized leaf material were 5.6 μg / mg, 24.1 μg / mg and 2.16 μg / mg, respectively (FIG. 1C). . The GFP protein concentration after lyophilization increased by 17.1 times, 12.7 times and 18.8 times for CTB-GFP, PTD-GFP and DCpep-GFP, respectively (FIG. 1F). Removal of water from fresh leaves by lyophilization results in a 90-95% reduction in weight. This effect then appears as a 10-20 fold increase in protein per gram of dry leaf [13, 15, 45].

植物細胞の経口送達後における、異なる組織でのGFPの取り込み
経口送達のために、凍結乾燥した植物細胞(20mg)を、均一容量(200μl)および同様の期間で再水和させた。分散された植物細胞は、成熟した植物細胞のサイズが均一であるため、そのサイズが変化しない。図2に示すように、GFPの生体分布は、有意な変化を示さない。GFPを発現する凍結乾燥された植物細胞(PTDまたはCTBまたはDCペプチドと融合した)の経口送達後、全身GFPレベルは、試験した他の任意のタグよりも、PTD−GFP給餌動物においてより高かった(図2A)。
肝臓および肺への体内分布は、他の組織(骨格筋、腎臓)よりも実質的に高かった。これらの組織におけるGFPレベルは、PTD融合タンパク質について一貫して最高であった(図2B)。GFP特異的抗体を用いた、免疫組織化学(Immunohistochemical)的研究は、送達ルートについて更なる洞察を提供した。
図3A(3Cの挿入)に示されるように、Alexa Flour 488 標識二次抗体を用いた、GFPの高感度検出方法は、PTDタグが、腸上皮細胞による、あるGFP取り込みを齎すことを明らかにした。
一次抗体が使用されていない場合、または形質転換されていないタバコ細胞を給餌されたマウス由来の組織では、GFPは検出されなかった(図3B)。植物細胞が位置し、そして、抗原取込みが観察され得る、腸の領域をより容易に見出すために、固定前に小腸を丸めて、近位および遠位部分が同じスライド上で見えるようにした(図3C)。
回腸絨毛(villi of ileum)の間に、GFPを発現する植物細胞が存在すると(図3CおよびE)、植物細胞を消化器系から保護する最初の直接的証拠が得られる。CTBタグを使用した場合、上皮細胞へのGFPのより広範な送達もまた見られ(図3D)、そして、これは、CTBペンタマーによるGM1受容体の効率的な標的化によるものである。我々は、上皮細胞への送達に加えて、全ての融合タグによって、M細胞によるGFPの取り込みについての証拠も見出した(図3C〜Fの実線の矢印)。
再び、これらの所見は、腸内での溶解後の上部腸におけるタンパク質の取り込みについての直接的な証拠を提供するものである。
図3Eは、特に、回腸の上皮細胞(「EC」)およびM細胞(黒矢印)への放出されたGFPの送達部位の近くのCTB−GFPのトランスプラストミック植物の、GFP植物細胞(「PC」)の存在を示す。DCpep−GFPについては、GFP上皮細胞は観察されなかった。しかし、GFPおよびM細胞の共局在化の例を見出し(図3F)、DCpep−GFPの全身送達が、M細胞を介する腸管腔からの輸送によって、可能であることを示唆する。
血液は、腸から門脈(portal vein)(肝臓−肝臓軸(gut−liver−axis)を介して、腸から肝臓に抗原を運ぶことができるので、期待されるように、全ての3つのタグと共に送達されたGFPは、肝臓における蓄積を示した(図3H、JおよびL)。
Uptake of GFP in different tissues after oral delivery of plant cells For oral delivery, lyophilized plant cells (20 mg) were rehydrated in a uniform volume (200 μl) and similar duration. The dispersed plant cells do not change in size because the size of mature plant cells is uniform. As shown in FIG. 2, the biodistribution of GFP does not show a significant change. After oral delivery of lyophilized plant cells expressing GFP (fused with PTD or CTB or DC peptide), systemic GFP levels were higher in PTD-GFP fed animals than any other tag tested (FIG. 2A).
Biodistribution to the liver and lungs was substantially higher than other tissues (skeletal muscle, kidney). GFP levels in these tissues were consistently highest for the PTD fusion protein (Figure 2B). Immunohistochemical studies using GFP-specific antibodies provided further insight into the delivery route.
As shown in FIG. 3A (3C insertion), a sensitive detection method for GFP using Alexa Floor 488-labeled secondary antibody reveals that the PTD tag drives certain GFP uptake by intestinal epithelial cells. did.
No GFP was detected in tissues derived from mice that did not use primary antibodies or were fed non-transformed tobacco cells (FIG. 3B). In order to more easily find the region of the intestine where plant cells are located and where antigen uptake can be observed, the small intestine was rolled before fixation so that the proximal and distal portions were visible on the same slide ( FIG. 3C).
The presence of plant cells that express GFP during the villi of ileum (FIGS. 3C and E) provides the first direct evidence to protect the plant cells from the digestive system. When CTB tags were used, more extensive delivery of GFP to epithelial cells was also seen (FIG. 3D) and this is due to efficient targeting of the GM1 receptor by CTB pentamers. In addition to delivery to epithelial cells, we also found evidence for GFP uptake by M cells with all fusion tags (solid arrows in FIGS. 3C-F).
Again, these findings provide direct evidence for protein uptake in the upper gut after dissolution in the gut.
FIG. 3E shows, among other things, GFP + plant cells (“ PC "). For DCpep-GFP, no GFP + epithelial cells were observed. However, an example of colocalization of GFP and M cells was found (FIG. 3F), suggesting that systemic delivery of DCpep-GFP is possible by transport from the intestinal lumen via M cells.
Since blood can carry antigen from the intestine to the liver via the portal vein (gut-liver-axis), all three tags, as expected GFP delivered with showed an accumulation in the liver (FIGS. 3H, J and L).

異なるタグと融合したGFPの精製
異なる細胞型によるGFPの取り込みを研究するために、PTD−GFPおよび、DCpep−GFPについてはtoyo pearl butylカラムを使用し、そして、CTB−GFPについてはNi2+カラムを使用して、GFP融合タンパク質を精製した。純度を調べるために、ウェスタンブロットおよびGFP標準を用いて、デンシトメトリーを行った(図4A)。各タグと融合したGFPの純度は、PTD−GFPについては〜95%、DCpep−GFPについては〜52%、および、CTB−GFPについて〜13%であった。
純度レベルの変動は、精製後に回収されたGFP融合タンパク質に反映される、各タグの発現レベルの差に帰する。タンパク質は、疎水性相互作用に基づいて精製されるので、他の疎水性タンパク質が、精製画分に存在する可能性がある。
CTB−GFPの精製は親和性Ni2+カラムを用いて行った。CTBの五量体構造が形成されると、ヒスチジンクラスターが生成され、そして、ヒスチジンクラスターのイミダゾール環はNi2+と相互作用する[46]。CTB−GFPの低純度は、より程度のストリンジェントな洗浄工程のためであるが、ストリンジェンシーを増加させることは、融合タンパク質のより高い損失を伴う。
SDS−PAGEおよびクーマシー染色したゲル(Coomassie stained gels)中の、精製したGFP融合タンパク質は、PTD−GFP、DCpep−GFPおよびCTB−GFP、それぞれについて、予想されるサイズ(29.2kDa、28.3kDaおよび39.5kDa)で、各融合タンパク質について明確なバンドを示した(図4B)。PTD−GFPの場合、期待されるサイズの周りに2つのバンドがあり、それらは29.2および28.3kDaであった。GFPのC末端テール(His−Gly−Met−Asp−Glu−Tyr−Lys)は、カルボキシペプチダーゼおよび、プロテイナーゼKおよびプロナーゼおよび種々のアイソフォームを含む非特異的プロテアーゼによって、タンパク質的分解に極めて切断されやすく、部分的なタンパク質分解切断により引き起こされ、イオン交換クロマトグラフィー、等電点電気泳動、およびネイティブゲル電気泳動によって生成されることが報告されている[47]。
GFP蛍光を定量するために、非変性SDS−PAGEが行われ、蛍光強度は、PTD−GFP(レーン1)が最強であった(図4C)。
DCpep−GFP(レーン2)において、二量体化したGFPを示す可能性が最も高いトップバンドを有する[47]、3つの異なるタンパク質が見られ、、それはPTD−GFPでも同様に観察されたが、それははるかに高い強度であった。
CTB−GFP融合物は、CTB融合GFPの五量体化およびおそらく多量体を示す他のより高いバンドに対応する190kDaから始まる一組のより大きな蛍光バンド(レーン3)を示した。同じレーンでは、PTD−GFPおよびDCpep−GFPで観察されたものと同様に、異なる折り畳み産物であり得る、GFP標準よりわずかに低い、より小さな断片が観察された。
精製されたCTB−GFPの五量体構造(pentameric structure)の適切な形成を評価するために、抗CTBおよび抗GFP抗体を用いて、GM1結合アッセイを行った。CTBの五量体構造(pentameric structure)は、哺乳類細胞の表面上に遍在する、ガングリオシド(ganglioside)GM1受容体に強い結合親和性を有することはよく知られている[48]。図4Dに見られるように、CTBおよびCTB−GFPのみが結合親和性を示し、CTBとGM1との間の複合体の形成を示した。
また、抗GFP抗体を用いて、GM1−CTB−GFPの相互作用を再確認した。
CTB−GFPのみが検出され得る(図4E)。
CTB−GFPの五量体構造を、さらに確認するために、精製されたCTB−GFPを、非変性条件下で、修飾Tris−トリシン ゲル上に流し[36]、そして、抗CTB抗体を用いて精査した(probed)。
予想された五量体CTB−GFP形態は、〜200kDaで、39.5kDaの単量体形態と並んで(along with)検出された(図4F)。
ゲルおよび電気泳動緩衝液中に添加された、SDSに起因して、実行中に、モノマーがオリゴマー構造から解離する可能性がある。したがって、CTB−GFP融合タンパク質は、五量体構造を形成し、そして、GM1受容体に結合する能力を保持したが、PTD−GFPまたはDCpep−GFP融合タンパク質に対する、GM1結合親和性はない。
Purification of GFP fused to different tags To study the uptake of GFP by different cell types, use the PTD-GFP and DC-pep-GFP columns with a toyopearl butyl column and CTB-GFP with a Ni 2+ column. Used to purify the GFP fusion protein. To examine purity, densitometry was performed using Western blot and GFP standards (FIG. 4A). The purity of GFP fused to each tag was ˜95% for PTD-GFP, ˜52% for DCpep-GFP, and ˜13% for CTB-GFP.
The variation in the purity level is attributed to the difference in the expression level of each tag reflected in the GFP fusion protein recovered after purification. Since proteins are purified based on hydrophobic interactions, other hydrophobic proteins may be present in the purified fraction.
Purification of CTB-GFP was performed using an affinity Ni 2+ column. When the pentameric structure of CTB is formed, a histidine cluster is generated and the imidazole ring of the histidine cluster interacts with Ni 2+ [46]. The low purity of CTB-GFP is due to a more stringent wash step, but increasing stringency is associated with higher loss of fusion protein.
Purified GFP fusion proteins in SDS-PAGE and Coomassie stained gels were predicted sizes (29.2 kDa, 28.3 kDa) for PTD-GFP, DCpep-GFP and CTB-GFP, respectively. And 39.5 kDa) showed distinct bands for each fusion protein (FIG. 4B). In the case of PTD-GFP, there were two bands around the expected size, which were 29.2 and 28.3 kDa. The C-terminal tail of GFP (His-Gly-Met-Asp-Glu-Tyr-Lys) is highly cleaved for proteolytic degradation by carboxypeptidases and non-specific proteases including proteinase K and pronase and various isoforms. It has been reported that it is easy to cause by partial proteolytic cleavage and is produced by ion-exchange chromatography, isoelectric focusing, and native gel electrophoresis [47].
To quantify GFP fluorescence, non-denaturing SDS-PAGE was performed, and the fluorescence intensity was strongest in PTD-GFP (lane 1) (FIG. 4C).
In DCpep-GFP (lane 2), a top band with the highest likelihood of showing dimerized GFP was observed [47], three different proteins were seen, which were also observed with PTD-GFP as well. It was much higher intensity.
The CTB-GFP fusion showed a set of larger fluorescent bands (lane 3) starting from 190 kDa corresponding to the pentamerization of CTB fusion GFP and possibly other higher bands indicating multimers. In the same lane, a smaller fragment was observed, slightly lower than the GFP standard, which could be a different fold product, similar to that observed with PTD-GFP and DCpep-GFP.
To assess the proper formation of purified CTB-GFP pentameric structure, a GM1 binding assay was performed using anti-CTB and anti-GFP antibodies. It is well known that the pentameric structure of CTB has a strong binding affinity for the ganglioside GM1 receptor ubiquitous on the surface of mammalian cells [48]. As seen in FIG. 4D, only CTB and CTB-GFP showed binding affinity, indicating the formation of a complex between CTB and GM1.
Moreover, the interaction of GM1-CTB-GFP was reconfirmed using the anti-GFP antibody.
Only CTB-GFP can be detected (FIG. 4E).
To further confirm the pentameric structure of CTB-GFP, purified CTB-GFP was run on a modified Tris-Tricine gel under non-denaturing conditions [36] and using anti-CTB antibody Probed.
The expected pentameric CTB-GFP form was detected at ˜200 kDa along with the 39.5 kDa monomeric form (FIG. 4F).
Due to SDS added in the gel and electrophoresis buffer, the monomers can dissociate from the oligomeric structure during the run. Thus, the CTB-GFP fusion protein formed a pentameric structure and retained the ability to bind to the GM1 receptor, but has no GM1 binding affinity for PTD-GFP or DCpep-GFP fusion proteins.

異なるタグと融合したGFPの、ヒト免疫および非免疫細胞による、取り込み
精製されたGFP融合タンパク質を、ヒト培養細胞と共にインキュベートした。血液単球由来の成熟DC、T細胞(Jurkat細胞)、B細胞(BCBL1)、分化マクロファージおよびマスト細胞を、インビトロの研究のために培養した。非免疫細胞の例として、ヒト腎細胞(HEK293T)およびヒト膵上皮癌細胞(PANC−1)を並行して試験した。細胞(2×10)を、精製したCTB、PTDおよびDC標的ペプチド融合GFPと共に、37℃で、1時間インキュベートした。DCpep−GFPとのインキュベーションで、細胞内GFPシグナルは、DCのみで検出され、そして、他の細胞型では検出されず、その特異性が確認された(図5A)。
PTD−GFPは、腎臓細胞または膵臓細胞に入ったが、いずれの免疫調節細胞にも入らなかった(図5A)。
PTD配列は、膵臓細胞での、インスリン発現を誘導するPDX1に由来し、そして、外因性PDX1は、マウスの膵島細胞腫株(インスリノーマ細胞株)に侵入することができ、そして、インスリン遺伝子を活性化した[41]。予想通り、精製されたPTD−GFPと共にインキュベートした場合、PANC−1細胞から強いGFPのシグナルが観察された。また、PTD−GFPは、膵管上皮細胞の核で観察された(図5B)。PTDの細胞浸透能は、また、ヒト腎細胞株においても明らかであった(図5A)。
極めて対照的に、GFPシグナルは、全ての細胞型において、CTB−GFPとインキュベーションすると検出され、GM1受容体の遍在(ubiquitous presence)と一致した(図5A)。
脊髄由来のマウス肥満細胞(創傷治癒、病原体に対する防御、およびアレルギー反応において重要な役割を果たす細胞型)は、DCpepまたはPTDによって送達されるGFPの内部移行を示さないが、CTB融合GFPは効率的に取り込まれた(図5A)。
本明細書には、一つの代表的な画像だけが提示されているが、取り込み研究は、三重に行われ、そして、各細胞株について、15−20の画像が、共焦点顕微鏡の下で記録された。検査した全ての細胞型の70〜92%において、CTB−GFPが観察され、そして、その変動は、それらの取り込みに対する、GFPの低い利用可能性を齎す、細胞密度の差に起因する。PTD−GFPの場合、腎細胞および膵臓細胞を除く、他の任意の細胞型では、取り込みは観察されなかった(0%)。DCpep−GFPは、樹状細胞以外の、他の細胞型では観察されなかった(0%)(表1)。
この研究は、タンパク質医薬品を、血清、免疫系または特定の器官または組織に送達する特異性を提供し、それによって、この新規概念のさらなる進歩を促進する。
Uptake of GFP fused with different tags by human immune and non-immune cells Purified GFP fusion protein was incubated with cultured human cells. Blood monocyte-derived mature DCs, T cells (Jurkat cells), B cells (BCBL1), differentiated macrophages and mast cells were cultured for in vitro studies. As examples of non-immune cells, human kidney cells (HEK293T) and human pancreatic epithelial cancer cells (PANC-1) were tested in parallel. Cells (2 × 10 4 ) were incubated with purified CTB, PTD and DC target peptide fusion GFP at 37 ° C. for 1 hour. Incubation with DCpep-GFP, intracellular GFP signal was detected only in DC and not in other cell types, confirming its specificity (FIG. 5A).
PTD-GFP entered kidney cells or pancreatic cells but not any immunoregulatory cells (FIG. 5A).
The PTD sequence is derived from PDX1, which induces insulin expression in pancreatic cells, and exogenous PDX1 can enter the mouse islet cell line (insulinoma cell line) and activate the insulin gene [41]. As expected, a strong GFP signal was observed from PANC-1 cells when incubated with purified PTD-GFP. PTD-GFP was observed in the nucleus of pancreatic duct epithelial cells (FIG. 5B). The cell penetration ability of PTD was also evident in human kidney cell lines (FIG. 5A).
In sharp contrast, GFP signal was detected upon incubation with CTB-GFP in all cell types, consistent with the ubiquitous presence of GM1 receptor (FIG. 5A).
Mouse mast cells from the spinal cord (cell types that play an important role in wound healing, defense against pathogens, and allergic reactions) do not show internalization of GFP delivered by DCpep or PTD, but CTB-fused GFP is efficient (FIG. 5A).
Although only one representative image is presented here, uptake studies were performed in triplicate, and for each cell line, 15-20 images were recorded under a confocal microscope. It was done. CTB-GFP is observed in 70-92% of all cell types examined, and the variation is due to differences in cell density that favor low availability of GFP for their uptake. In the case of PTD-GFP, no uptake was observed in any other cell type except kidney cells and pancreatic cells (0%). DCpep-GFP was not observed in other cell types other than dendritic cells (0%) (Table 1).
This study provides the specificity of delivering protein pharmaceuticals to the serum, immune system or specific organs or tissues, thereby facilitating further advances in this new concept.

表1:ヒト細胞株における、精製されたGFP融合タンパク質の取り込み効率
異なる3つのタグによる、ヒト細胞株に対する、GFPの相対的な送達効率を、共焦点顕微鏡下、100倍の倍率でGFPシグナルを示す細胞の数を数えることによって比較した。
合計15−20の画像が各細胞株について観察された。
すべての細胞株を三重に検査した。
Table 1: Uptake efficiency of purified GFP fusion protein in human cell lines Relative delivery efficiency of GFP to human cell lines by three different tags, GFP signal at 100x magnification under confocal microscope Comparison was made by counting the number of cells shown.
A total of 15-20 images were observed for each cell line.
All cell lines were examined in triplicate.

4.議論
我々の以前の出版物[6−16]では、CTBと融合した、植物細胞由来のタンパク質が、循環系への機能性タンパク質および免疫系へのタンパク質抗原の送達を含む、様々な適用のために、腸管上皮を介して送達することができることを示した(経口寛容誘導またはブースターワクチン(booster vaccine)として)。
これは、腸上皮細胞およびM細胞の表面上の、GM1受容体にCTBペンタマーが結合し、続いてトランスサイトーシス(transcytosis)が起こるために可能である。しかし、GM1は、多くの異なる細胞型によって広く発現されており、そして、特定の細胞型を標的とすることは困難である。したがって、この研究では、より細胞型特異的および/またはより効率的な経粘膜送達のいずれかを齎す、代替タグを開発することを模索した。
プロフェッショナル抗原(professional antigen)提示細胞への特異的送達の例として、DCpepを選択し、そして、その特異性を確認することができた。PTDは、腸上皮細胞の侵入を介して、GFPカーゴ(cargo)を、循環へより効果的に送達するだけでなく(図3Aおよび3C)、免疫細胞への送達を完全に回避する(図5A)。
我々の意見では、ここで、PTDについて示されたデータは、非特異的であるという、従来の仮定とは全く対照的であり、薬物送達におけるパラダイムシフトである。
PTDによる細胞浸透のメカニズム(マクロピノサイトーシス(macropinocytosis) 対 直接移動)および、PTD対それらの運ぶカーゴの効果についての、文献における最近の意見の不一致を考えると(49)、これはこの分野への極めてタイムリーな貢献である。PTDの特定の選択によって、身体の免疫系が、タンパク質医薬品送達から除外でき、一方、他の細胞型および循環系に効率的に送達されることを、我々のデータは、示している。したがって、この研究は、予め選択されたPTDを使用して、選択された組織型への、治療剤の特異的標的化を増加させるための新しいアプローチを提供する。配列と構造的知識とを組み合わされて、カスタム設計されたPTDを生成することができる。本発明者らは、標的細胞型の機能としての、異なるタグ間のタンパク質形質導入における差異を実証するために、規定されたインビトロシステムを使用した。このアプローチはまた、GFPの代わりに、疾患特異的抗原および対応する動物モデルが使用される場合、免疫学的結果を評価するためにも使用され得る。
4). Discussion In our previous publication [6-16], plant cell-derived proteins fused with CTB for various applications, including delivery of functional proteins to the circulatory system and protein antigens to the immune system. It was shown that it can be delivered via the intestinal epithelium (as an oral tolerance induction or booster vaccine).
This is possible because CTB pentamer binds to the GM1 receptor on the surface of intestinal epithelial cells and M cells, followed by transcytosis. However, GM1 is widely expressed by many different cell types and it is difficult to target specific cell types. Therefore, this study sought to develop alternative tags that favor either more cell type specific and / or more efficient transmucosal delivery.
As an example of specific delivery to professional antigen-presenting cells, DCpep was selected and its specificity could be confirmed. PTD not only more effectively delivers GFP cargo to the circulation via intestinal epithelial cell invasion (FIGS. 3A and 3C), but completely avoids delivery to immune cells (FIG. 5A). ).
In our opinion, the data presented here for PTD is in stark contrast to the conventional assumption that it is non-specific, a paradigm shift in drug delivery.
Given the recent disagreement in the literature about the mechanism of cell penetration by PTDs (macropinocytosis vs. direct migration) and the effects of PTDs vs. their carrying cargo (49), this goes to this field Is an extremely timely contribution. Our data show that the specific choice of PTD allows the body's immune system to be excluded from protein drug delivery, while being efficiently delivered to other cell types and the circulatory system. This study therefore provides a new approach to increase the specific targeting of therapeutic agents to selected tissue types using preselected PTDs. The array and structural knowledge can be combined to generate a custom designed PTD. We used a defined in vitro system to demonstrate differences in protein transduction between different tags as a function of the target cell type. This approach can also be used to assess immunological outcomes when disease specific antigens and corresponding animal models are used instead of GFP.

GFP融合タンパク質が、腸上皮層を通過し、そして、循環への送達および他の器官への生体内分配されるルートを明らかにするために、3つのGFPタグタンパク質を発現する葉材料の経口送達後の小腸組織切片の免疫染色研究が行われた。
CTBは、上皮細胞上のGM1受容体に、M細胞によって、標的化できることが確認された。我々の研究は、PTDが、非免疫細胞に浸透することができ、なぜこのタグがまた、GFPを上皮細胞に転移させるのかを説明できることを見出だした。
対照的に、DCペプチドは、樹状細胞に対する特異的リガンドであり、そして、したがって上皮細胞を標的化しない。しかし、我々のデータは、M細胞による取り込みが、DCpep融合物の進入のメカニズムであることを示し、したがって、経口経路を介したDCpep−GFPの全身的送達がどのようにして可能であるかを説明する。
樹状細胞はまた、上皮細胞間のそれらの突起(protrusions)を介して、DCpepによって直接標的化される。
しかしながら、この機作によって採取された、腸管内抗原の量は、可視化するには小さすぎる。
Oral delivery of leaf material expressing three GFP-tagged proteins to reveal routes through which the GFP fusion protein passes through the intestinal epithelium and is distributed to the circulation and biodistributed to other organs Later immunostaining studies of small intestine tissue sections were performed.
It was confirmed that CTB can be targeted by M cells to the GM1 receptor on epithelial cells. Our studies have found that PTDs can penetrate non-immune cells and explain why this tag also transfers GFP to epithelial cells.
In contrast, DC peptides are specific ligands for dendritic cells and therefore do not target epithelial cells. However, our data show that uptake by M cells is a mechanism for the entry of DCpep fusions, and thus how systemic delivery of DCpep-GFP via the oral route is possible. explain.
Dendritic cells are also directly targeted by DCpep via their projections between epithelial cells.
However, the amount of intestinal antigen collected by this mechanism is too small to be visualized.

我々は、トランスサイトーシス後に、CTBから放出されるタンパク質抗原は、腸内免疫系において、DCによって(そして、より狭い範囲ではあるが、マクロファージによって)取り込まれ(広範囲に公開されているように)、そして、M細胞によって転移されるDCpep−GFPも、また、DCによって、取り込まれることを予期する。しかしながら、免疫細胞との相互作用の初期の研究のために、我々は、より高感度で、かつ、培養ヒト細胞を用いた、規定されたin vitroアプローチを利用した。
CTB融合物は、非免疫および免疫細胞を含む、試験される全ての組織および細胞型に、GFPを送達した。我々の研究室では、CTBが、GM1ガングリオシドと特異的に結合し、そして、葉緑体で発現される様々なCTB融合タンパク質も、また、GM1と強い結合親和性を示すことは十分に確立されている[6,8,9,13−16]。一旦、CTBが、腸上皮細胞の膜脂質ラフト(membrane lipid rafts)に富化された、GM1と結合すると、細胞侵入のために、トランスゴルジネットワーク(trans−Golgi Network)を介して、小胞体(endoplasmic reticulum)(ER)に逆行(retrograde)移動する[50,51]。
実際、CTBは、GM1およびその細胞および細胞内分布を、定量的に研究するために、プローブとして広く使用されてきた[52]。CTBを、経粘膜担体として使用することにより、GM1およびヒト腸の大きな粘膜領域(体重に対して、約1.8−2.7m)に対する、強力な結合親和性を介して、コンジュゲートしたタンパク質の循環への輸送を促進することができる[53]。
最大15,000のCTB分子が、一度に、1つの腸上皮細胞に結合することができ[54]、そして、GM1受容体は、細胞表面上で急速に交換する(turns over)[55]。さらに、GM1ガングリオシドは、また、神経系および網膜において、特に豊富な、他の多くの細胞型の原形質膜にも見出されており[56,57]、したがって、これらの細胞におけるCTB融合タンパク質の効率的な取り込みを導く。
自己抗原および遺伝性疾患(血友病およびリソソーム蓄積障害など)の置換療法に使用される治療用タンパク質に対する、我々の経口寛容誘導の戦略は、CTBタグからの抗原の放出、およびDCによる取り込み[7,9,10,11,33]を齎す、経粘膜送達およびタンパク質分解性切断に続く、CTBによる腸管上皮細胞の効率的な標的化に、部分的に依拠する。
しかしながら、DCおよびマクロファージは、また、腸管腔内の抗原を直接的にも採取し、そして、M細胞は、上皮を横切って無傷の抗原を、DCに富む領域に運ぶことができる。本発明者らの新たなデータは、CTB融合物が、DC、マクロファージ、および他の免疫細胞によって効率的に取り込まれることを示し、植物ベースの免疫調節プロトコルにおける、CTB融合抗原の有効性についてのさらなる説明を提供する。
We find that protein antigens released from CTB after transcytosis are taken up by DCs (and to a lesser extent by macrophages) in the intestinal immune system (as widely published). And DCpep-GFP that is translocated by M cells is also expected to be taken up by DC. However, for early studies of interaction with immune cells we utilized a defined in vitro approach that was more sensitive and used cultured human cells.
The CTB fusion delivered GFP to all tissues and cell types tested, including non-immune and immune cells. In our laboratory, it is well established that CTB specifically binds to GM1 ganglioside and that various CTB fusion proteins expressed in chloroplasts also show strong binding affinity with GM1. [6, 8, 9, 13-16]. Once CTB binds to GM1, enriched in membrane lipid rafts of intestinal epithelial cells, the endoplasmic reticulum (trans-Golgi Network) via the trans-Golgi network for cell entry. Go retrograde to endoplasmic reticulum (ER) [50, 51].
Indeed, CTB has been widely used as a probe to quantitatively study GM1 and its cellular and subcellular distribution [52]. CTB was conjugated via strong binding affinity to GM1 and large mucosal regions of human intestine (approximately 1.8-2.7 m 2 to body weight) by using as a transmucosal carrier. It can facilitate the transport of proteins into the circulation [53].
Up to 15,000 CTB molecules can bind to one intestinal epithelial cell at a time [54], and the GM1 receptor is turned over on the cell surface [55]. Furthermore, GM1 ganglioside has also been found in the plasma membrane of many other cell types, particularly abundant in the nervous system and retina [56, 57], and thus CTB fusion proteins in these cells Leading to efficient uptake.
Our strategy for inducing oral tolerance to therapeutic proteins used for replacement therapy of autoantigens and genetic disorders (such as hemophilia and lysosomal storage disorders) is the release of antigen from CTB tag and uptake by DC [ 7, 9, 10, 11, 33], relying in part on efficient targeting of intestinal epithelial cells by CTB, following transmucosal delivery and proteolytic cleavage.
However, DCs and macrophages also directly collect antigens in the intestinal lumen, and M cells can carry intact antigens across the epithelium to DC-rich areas. Our new data show that CTB fusions are efficiently taken up by DCs, macrophages, and other immune cells, and the effectiveness of CTB fusion antigens in plant-based immunoregulatory protocols. Provide further explanation.

免疫系への送達に理想的な、DCpepによる樹状細胞の特異的ターゲティング
ここでは、免疫療法の可能性の高い、代替の、および、より特異的なペプチド配列を紹介する。DCpepは、DCを、特異的に、標的とするが、他の免疫細胞または非免疫細胞を標的としない。翻訳の影響を評価するために、我々は、融合タグの標的特性を区別するために、主として、ヒト免疫細胞を使用した。DCpepは、完全なGFP抗原のみを、DCに送達したが、他のいずれのAPCまたは免疫細胞または非免疫細胞には送達しなかった。この発見と一致して、DCpep−GFPは、インビボで、腸管上皮細胞を標的化することはできなかった。全身送達は、M細胞による取込みに起因する可能性が最も高い。今後は、活性化シグナルに依存して、Treg誘導および免疫刺激において、重要な機能を有する、DCに対する特異的送達に基づいて、免疫寛容およびワクチンプロトコルを設計することができる。
Specific targeting of dendritic cells by DCpep, ideal for delivery to the immune system Here are the potential, alternative and more specific peptide sequences for immunotherapy. DCpep specifically targets DC but does not target other immune or non-immune cells. To assess the effects of translation, we mainly used human immune cells to distinguish the target properties of the fusion tag. DCpep delivered only the complete GFP antigen to DC but not to any other APC or immune or non-immune cells. Consistent with this finding, DCpep-GFP was unable to target intestinal epithelial cells in vivo. Systemic delivery is most likely due to uptake by M cells. In the future, depending on the activation signal, immune tolerance and vaccine protocols can be designed based on specific delivery to DC, which has important functions in Treg induction and immune stimulation.

我々が、知っているように、リンパ節への抗原の送達は、免疫療法にとって非常に重要である。しかし、この側面は、抗原をT細胞に提示するために、DCがリンパ節に移動するまで、粘膜固有層(lamina propria)またはパイエル板(Peyer’s patches a)内のDCによって取り込まれたタンパク質が、小ペプチドに断片化され、そして、MHC分子に負荷されるため、GFPシグナルによって直接的に証明することはできない。
腸間膜リンパ節(MLN)が、摂取した抗原に対する応答において、重要であるという考えに同意して、我々は最近、トランスプラストミック植物細胞の経口送達を受けたマウスの異なるDCサブセットにおける増加およびMLNにおける、Tregの誘導を実証した[10]。
As we know, delivery of antigen to lymph nodes is very important for immunotherapy. However, this aspect is that proteins taken up by DCs in lamina propria or Peyer's patches until DCs migrate to lymph nodes to present antigen to T cells Is fragmented into small peptides and loaded onto MHC molecules, so it cannot be directly demonstrated by the GFP signal.
Consistent with the notion that mesenteric lymph nodes (MLN) are important in response to ingested antigens, we recently increased in different DC subsets of mice that received oral delivery of transplastomic plant cells and Induction of Treg in MLN was demonstrated [10].

PTDは、免疫系を除く、経口経路による効率的な全身送達に理想的である
CTB融合物は、効果的に、腸内免疫系を標的とし、そして、寛容誘導に有用であるが、免疫合併症(immune complications)を回避する代替戦略は、免疫系との相互作用を最小限に抑えることである。
PDX−1のタンパク質形質導入ドメインは、GFPの、異なる細胞型への移行において独特の選択性を示した。PTD−GFPは、抗原を、APCおよびリンパ球に送達することに完全に失敗したが、(in vivoでの、腸上皮細胞を含む)非免疫細胞に、GFPを、転送することができた。骨髄系およびリンパ系の細胞は造血細胞であるため、PDX−1はこの特定の細胞株に形質導入できない可能性がある。PDX−1は、レセプター媒介性取り込みとは異なる、特殊な形態のエンドサイトーシス(endocytosis)であるマクロピノサイトーシス(macropinocytosis)を介したタンパク質形質導入時に、インスリン発現を誘導する[59,60]。
マクロピノサイトーシスはまた、腎臓における巨大分子の取り込みの主なメカニズムであるので、精製したPTD−GFPとのインキュベーションした後、HEK293TにおけるGFPシグナルの観察は、PTDによるエンドサイトーシス誘発の結果であり得る。
PTD−GFPとのインキュベーション後の免疫細胞におけるGFPシグナルの欠如は、
i)細胞表面への結合もまた欠如しており、および
ii)マクロピノサイトーシス機構をも利用する、HIV tatのPTDは、HIV tatのPTDによって、インタクトなGFPを、ヒトDCおよび他のAPCに容易に送達する[61−63]ために、取り込み後の分解の増強によって説明することはできない、むしる、これらの細胞のタンパク質の形質導入(transduction)の失敗を反映する。
PDX−1由来のPTDは、おそらくは、標的細胞膜の表面特性に関連する、細胞形質導入の明確な選択性を明らかに示す。
両方のPTDが、マクロピノサイトーシスによって、細胞に入るが、それらのアミノ酸配列は非常に異なり、これは細胞表面結合に影響を及ぼす可能性が高い。リンパ球の感染は、HIVのライフサイクルの重要な段階であるが、インスリンの発現は、厳密に制御され、そして、環境刺激に反応する必要がある。[64]これは、一部、PDX−1からのPTDの選択性に関与する可能性がある。
同時に、PTD−GFPは、高血圧およびホルモンまたはサイトカイン療法の治療の公表された例のように、血液中の特定のタンパク質レベルを必要とする治療に利用できる、全身性タンパク質送達において、インビボで優れていた[9、11,14,15]。
興味深いことに、全身送達の顕著な差異にもかかわらず、CTB−、DCpep−およびPTD−タグは、全て、免疫組織化学およびELISAによってより定量的に証明されるように、肝臓において非常に類似したGFP抗原レベルを齎した。
腸および肝臓における応答間の関連は、長い間知られており、そして、しばしば「腸管肝臓軸(gut−liver axis)」と呼ばれている。
腸による取り込まれると、抗原は、腸間膜リンパ節(mesenteric lymph node)を通過する経路である、移動性(migratory)DCを介して、間接的に、肝臓に輸送され得る。あるいは、血液は、門脈(portal vein)を介して、腸から肝臓に抗原を運ぶことができる。肝臓におけるGFPの定量可能なレベルの広範な分布を考えると、後者の説明は、我々の送達システムに対して、より可能性が高いようである。
データは、肝臓が、経口送達された抗原を、タグにあまり依存しない飽和レベルまで、取り込むことを示唆する。
PTD is ideal for efficient systemic delivery by the oral route, excluding the immune system CTB fusions effectively target the intestinal immune system and are useful for tolerance induction, but immune complications An alternative strategy to avoid immunocomplications is to minimize interaction with the immune system.
The protein transduction domain of PDX-1 showed a unique selectivity in the transfer of GFP to different cell types. PTD-GFP completely failed to deliver antigen to APCs and lymphocytes, but was able to transfer GFP to non-immune cells (including intestinal epithelial cells in vivo). Since myeloid and lymphoid cells are hematopoietic cells, PDX-1 may not be able to transduce this particular cell line. PDX-1 induces insulin expression during protein transduction via macropinocytosis, a specialized form of endocytosis, distinct from receptor-mediated uptake [59, 60]. .
Since macropinocytosis is also the main mechanism of macromolecular uptake in the kidney, after incubation with purified PTD-GFP, the observation of the GFP signal in HEK293T is the result of induction of endocytosis by PTD. obtain.
The lack of GFP signal in immune cells after incubation with PTD-GFP
i) Lack of cell surface binding, and ii) HIV tat PTDs, which also utilize macropinocytosis mechanisms, convert intact GFP, human DCs and other APCs by means of HIV tat PTDs. In order to deliver easily [61-63], it reflects the failure of protein transduction of these cells, which cannot be explained by enhanced degradation after uptake.
PDX-1 derived PTDs clearly show a clear selectivity of cell transduction, possibly related to the surface properties of the target cell membrane.
Both PTDs enter the cell by macropinocytosis, but their amino acid sequences are very different, which is likely to affect cell surface binding. Lymphocyte infection is an important step in the HIV life cycle, but insulin expression must be tightly controlled and respond to environmental stimuli. [64] This may be partly related to the selectivity of PTD from PDX-1.
At the same time, PTD-GFP excels in vivo in systemic protein delivery that can be used for treatments requiring specific protein levels in the blood, such as published examples of hypertension and hormone or cytokine therapy treatments. [9, 11, 14, 15].
Interestingly, despite significant differences in systemic delivery, CTB-, DCpep- and PTD-tags were all very similar in the liver as evidenced more quantitatively by immunohistochemistry and ELISA. GFP antigen levels were masked.
The association between responses in the gut and liver has long been known and is often referred to as the “gut-liver axis”.
Once taken up by the intestine, the antigen can be transported indirectly to the liver via a migratory DC, a pathway through the mesenteric lymph node. Alternatively, blood can carry the antigen from the intestine to the liver via the portal vein. Given the broad distribution of quantifiable levels of GFP in the liver, the latter explanation seems more likely for our delivery system.
The data suggests that the liver takes up orally delivered antigen to a saturation level that is less dependent on the tag.

植物細胞にバイオ封入されたタンパク質の送達のユニークな利点
植物細胞の凍結乾燥にはいくつかの利点がある。凍結乾燥された粉末葉は、注射可能なタンパク質医薬品に必要とされる、高価な冷蔵保存および輸送を排除して、室温で数年保存することができる[13,65]。また、治療タンパク質の濃縮効果は、凍結乾燥された植物細胞を含むカプセルのサイズにおいて、10〜20倍の減少を促進するように増加する。
凍結乾燥技術は、製薬産業による、血液凝固因子の保存を含む、タンパク質医薬品の保存に広く使用されている。したがって、凍結乾燥プロセスはタンパク質を変性させない。実際、私たちは、凍結乾燥は、適切な折り畳みおよびジスルフィド結合を保存することを、繰り返し示してきた。(11、13−16、66)。経口送達の際に、凍結乾燥された植物細胞は腸に到達し、そして、植物細胞壁の消化により、腸内微生物によって、生体封入されたタンパク質が放出される。その時、放出されたタンパク質および植物の細胞壁は、腸内微生物によって分解され得る。しかし、腸内微生物は、タンパク質分解よりも植物細胞壁を分解するために、より多くの酵素を放出する、嫌気性細菌によって豊富化される可能性がある。ヒトの腸内に生息する細菌は、実際に、植物の細胞壁の複雑な炭水化物を利用するように進化し、ほぼすべての植物グリカンを利用することができる[4,5]。我々の以前に発表された研究では、植物の細胞壁を分解するために必要な酵素が同定されている[67、68]。
いくつかの機能性タンパク質の送達は、それらが腸内腔で保護されるか、または腸管内プロテアーゼに耐えられる適切な量のタンパク質医薬品が放出されることを示す。
Unique advantages of delivering protein bioencapsulated in plant cells There are several advantages to lyophilization of plant cells. Lyophilized powder leaves can be stored at room temperature for several years, eliminating the expensive refrigeration and transport required for injectable protein drugs [13,65]. Also, the concentration effect of the therapeutic protein increases to promote a 10-20 fold reduction in the size of the capsule containing the lyophilized plant cells.
Lyophilization techniques are widely used by the pharmaceutical industry for the storage of protein drugs, including the storage of blood clotting factors. Thus, the lyophilization process does not denature the protein. In fact, we have repeatedly shown that lyophilization preserves proper folding and disulfide bonds. (11, 13-16, 66). Upon oral delivery, lyophilized plant cells reach the intestine, and digestion of the plant cell wall releases bioencapsulated proteins by intestinal microorganisms. The released proteins and plant cell walls can then be degraded by intestinal microorganisms. However, intestinal microorganisms can be enriched by anaerobic bacteria that release more enzymes to degrade plant cell walls than proteolysis. Bacteria that inhabit the human intestine can actually evolve to utilize complex carbohydrates in plant cell walls and can utilize almost any plant glycan [4,5]. Our previously published work has identified the enzymes necessary to break down plant cell walls [67, 68].
The delivery of some functional proteins indicates that they are released in the proper amount of protein pharmaceuticals that are protected in the intestinal lumen or that can tolerate intestinal proteases.

DCpep−GFP含量は、3つの融合タンパク質の中で最も低い、2.16μg/mgで、これはPTD−GFPの10倍低いことが分かった。一般に、外来タンパク質の葉緑体の発現は、葉緑体ゲノムのコピー数が高いために、葉タンパク質全体の非常に高いレベル、70%まで、に達する可能性がある[7]。しかしながら、発現レベルは、タンパク質、N末端融合、タンパク質分解における切断および安定性に基づいて変化する。この研究では、すべてのキメラ遺伝子は、psbAプロモーターおよびpsbA 5‘UTRによって駆動され(driven)、そして、psbA 3’UTRによって安定化された。
GFP配列もまた、3つ全ての構築物の間で同じであるので、発現レベルの差に影響を及ぼす寄与因子は、融合構築物のN末端配列に起因する可能性がある。
PTDとCTBタグと対照的に、DCpepは、GFPのC末端に融合させた。したがって、DCpep融合のより低いレベルのGFP発現についての可能な説明の1つは、N末端の保護が不十分であることである。
The DCpep-GFP content was the lowest of the three fusion proteins, 2.16 μg / mg, which was found to be 10 times lower than PTD-GFP. In general, chloroplast expression of foreign proteins can reach very high levels of the entire leaf protein, up to 70%, due to the high copy number of the chloroplast genome [7]. However, expression levels vary based on protein, N-terminal fusion, cleavage and stability in proteolysis. In this study, all chimeric genes were driven by the psbA promoter and psbA 5′UTR and stabilized by the psbA 3′UTR.
Since the GFP sequence is also the same among all three constructs, the contributing factor affecting the difference in expression levels may be attributed to the N-terminal sequence of the fusion construct.
In contrast to PTD and CTB tags, DCpep was fused to the C-terminus of GFP. Thus, one possible explanation for the lower level of GFP expression of the DCpep fusion is insufficient N-terminal protection.

結論
上記に説明したように、遺伝的に改変された植物細胞で発現されるタンパク質薬剤の経口送達の生物学的利用能は、現在、自己免疫疾患に対する寛容性を誘導するため[7]、または注射によるタンパク質医薬品の毒性を排除し[8−10]、または糖尿病[12,13]、高血圧[14]、網膜症に対する防御[15]、またはアルツハイマーの脳におけるプラークの除去[16]を治療するために、機能的血液タンパク質を送達することは、新しい概念として、現在、話題沸騰である。インスリンまたはエキセンディン−4を使用して、血糖値を低下させるために、経口送達が注射可能な送達と同じくらい効果的であった、糖尿病の研究で見られるように、これらの新規なアプローチは、ヘルスケアの経費を顕著に低下させることに加えて、患者のコンプライアンスを改善するはずである[12,13]。
この研究は、免疫系に干渉することなく、免疫調節細胞または非免疫細胞に、または、直接、血清に、送達するために、異なる融合タグの利用を可能にした。これは、代謝経路を調節するために、免疫または機能性タンパク質を増強または抑制させるために、低コストの経口送達の可能性を開くものである。タンパク質医薬品のコストは、現在、国々の75%を超えるGDPを上回っており、それらに手が届かない。これは、それらの非常に高価な発酵槽での生産、精製、冷蔵貯蔵/輸送、貯蔵寿命の短さ、および滅菌送達方法のためである。
モデルとして緑色蛍光タンパク質(GFP)を使用して、本発明者らは、この研究において、植物細胞がGFPを消化系から保護し、それが上皮細胞によって吸収される腸管腔内に放出することを実証する。GFPに融合された送達タグに基づいて、それらは、循環系、免疫細胞または非免疫細胞、特定の器官または組織に到達する。
このような低コストのタンパク質医薬品の経口送達は、患者のコンプライアンスを増加させ、そして、現在使用されている、極めて高価なプロセス/注射を排除することによってコストを劇的に低下させる。
Conclusion As explained above, the bioavailability of oral delivery of protein drugs expressed in genetically modified plant cells currently induces tolerance to autoimmune diseases [7], or Eliminate protein drug toxicity by injection [8-10], or treat diabetes [12,13], hypertension [14], protection against retinopathy [15], or plaque removal in Alzheimer's brain [16] Therefore, delivering functional blood proteins is currently a hot topic as a new concept. As seen in diabetes studies where oral delivery was as effective as injectable delivery to lower blood glucose using insulin or exendin-4, these novel approaches are In addition to significantly reducing health care costs, it should improve patient compliance [12,13].
This study allowed the use of different fusion tags to deliver to immune regulatory or non-immune cells or directly to serum without interfering with the immune system. This opens up the possibility of low-cost oral delivery to regulate metabolic pathways, enhance or suppress immune or functional proteins. The cost of protein drugs is currently over 75% of GDP in countries and is out of reach. This is due to their very expensive fermenter production, purification, refrigerated storage / transport, short shelf life, and sterile delivery methods.
Using green fluorescent protein (GFP) as a model, we have shown in this study that plant cells protect GFP from the digestive system and release it into the intestinal lumen where it is absorbed by epithelial cells. Demonstrate. Based on delivery tags fused to GFP, they reach the circulatory system, immune or non-immune cells, specific organs or tissues.
Such oral delivery of low cost protein pharmaceuticals increases patient compliance and dramatically reduces costs by eliminating the very expensive processes / injections currently in use.

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実施例II
異なるタグで融合されたGFPの取り込みの評価:さらなるヒト細胞株における、CTB−GFP、PTD−GFP、PG1−GFPおよびRC101−GFP
本明細書に記載のタンパク質治療剤を使用して、首尾よく標的化することができる細胞のタイプを拡大するために、我々はヒト体細胞系および幹細胞系の両方を使用して評価した。良性および悪性組織への、治療用タンパク質の標的送達を達成することを目的として、6つの細胞株が選択された。これらの株には、ヒトの歯科、頭頸部および軟部組織由来の正常および癌細胞株が含まれていた。発達障害および未成熟/幹細胞腫瘍に対する、機能的タンパク質ベースの治療法を開発するために、3つのヒト幹細胞株を選択した。
Example II
Evaluation of uptake of GFP fused with different tags: CTB-GFP, PTD-GFP, PG1-GFP and RC101-GFP in additional human cell lines
In order to expand the types of cells that can be successfully targeted using the protein therapeutics described herein, we evaluated using both human somatic and stem cell lines. Six cell lines were selected with the goal of achieving targeted delivery of therapeutic proteins to benign and malignant tissues. These strains included normal and cancer cell lines from human dentistry, head and neck and soft tissues. Three human stem cell lines were selected to develop functional protein-based therapies for developmental disorders and immature / stem cell tumors.

図6Aおよび6Bは、異なる細胞型およびタグで得られた研究結果を示す。これらのヒト体細胞には、膵臓癌細胞(PANC−1);ヒト膵管上皮細胞(HPDE);ヒト頭頚部扁平上皮細胞癌細胞(SCC−1);網膜色素上皮細胞(RPE);成人歯肉ケラチノサイト(AGK);骨芽細胞(OBC)を含む。特定のタイプのヒト幹細胞もまた評価された。これらは、ヒト歯周靭帯幹細胞(HPDLSC);Maxillar間葉系幹細胞(MMSC)およびGingiva由来間葉系間質細胞(GMSC)を含む。
CTB、PTDおよびDC−ペプチド融合タグは、実施例Iに記載されている。プロテグリン(PG)およびレトロサイクリン(RC)は、抗菌性ペプチドであり、Leeら、Plant Biotechnology Journal 9:100−115(2011)に詳細に記載されている。
プロテグリン1:Arg−Gly−Gly−Arg−Leu−Cys−Tyr−Cys−Arg−Arg−Arg−Phe−Cys−Val−Cys−Val−Gly―Arg(配列番号5)、
プロテグリン2:Arg−Gly−Gly−Arg−Leu−Cys−Tyr−Cys−Arg−Arg−Arg−Phe−Cys−Val−Cys−Val(配列番号6)
プロテグリン3は、4位のアルギニンをグリシンに置換し、そして、また、1つ少ない正電荷を有する。プロテグリン4は、14位のバリンをフェニルアラニンに置換し、βターンで配列が異なる。この相違は、プロテグリン4を、他のものよりも極性が低く、正荷電が少なくする。プロテグリン5は、アルギニンをプロリンで置換し、1つ少ない正電荷を有する。
さらなるレトロサイクリン変異体は、参照により本明細書に組み込まれる、PCT/US2002/012353に提供されている。
Figures 6A and 6B show the study results obtained with different cell types and tags. These human somatic cells include pancreatic cancer cells (PANC-1); human pancreatic ductal epithelial cells (HPDE); human head and neck squamous cell carcinoma cells (SCC-1); retinal pigment epithelial cells (RPE); adult gingival keratinocytes (AGK); including osteoblasts (OBC). Certain types of human stem cells were also evaluated. These include human periodontal ligament stem cells (HPDLSC); Maxillar mesenchymal stem cells (MMSC) and Gingiva-derived mesenchymal stromal cells (GMSC).
CTB, PTD and DC-peptide fusion tags are described in Example I. Protegrin (PG) and retrocycline (RC) are antibacterial peptides and are described in detail in Lee et al., Plant Biotechnology Journal 9: 100-115 (2011).
Protegrin 1: Arg-Gly-Gly-Arg-Leu-Cys-Tyr-Cys-Arg-Arg-Arg-Phe-Cys-Val-Cys-Val-Gly-Arg (SEQ ID NO: 5),
Protegrin 2: Arg-Gly-Gly-Arg-Leu-Cys-Tyr-Cys-Arg-Arg-Arg-Phe-Cys-Val-Cys-Val (SEQ ID NO: 6)
Protegrin 3 replaces arginine at position 4 with glycine and also has one less positive charge. Protegrin 4 replaces valine at position 14 with phenylalanine and differs in sequence at the β-turn. This difference makes protegrin 4 less polar and less positively charged than the others. Protegrin 5 replaces arginine with proline and has one less positive charge.
Additional retrocycline variants are provided in PCT / US2002 / 012353, incorporated herein by reference.

結果
PANC−1細胞:
ヒト膵癌細胞では、CTB−GFPは、細胞膜に中程度の蓄積を示し、細胞質には散乱した焦点(foci)が見られる。PTD−GFPは、細胞膜において同様に局在化するが、シグナルはCTB−GFPのそれよりも細胞質においてより強い。PG1−GFPは、細胞膜で非常に強い蓄積を示すが、細胞質においては散乱した弱いシグナルしか示さない。RC101−GFPは、細胞膜および細胞質の両方において、最も強いGFPレベルを示す。
Results PANC-1 cells:
In human pancreatic cancer cells, CTB-GFP shows moderate accumulation in the cell membrane and a scattered foci is seen in the cytoplasm. PTD-GFP is localized in the cell membrane as well, but the signal is stronger in the cytoplasm than that of CTB-GFP. PG1-GFP shows a very strong accumulation in the cell membrane, but only a weak scattered signal in the cytoplasm. RC101-GFP exhibits the strongest GFP levels in both the cell membrane and the cytoplasm.

HPDE細胞:
ヒト膵管上皮細胞(human pancreatic ductal epithelial cells)において、CTB融合GFPは、細胞膜および細胞質において比較的強い、高密度のシグナルを示す。PTD−GFPは、細胞膜で明確なシグナルを与えないが、細胞質および核に、高密度で中程度のシグナルを有する。PG1−GFPは、細胞膜において強い蓄積を示すが、細胞質中では散乱した焦点のみを示す。RC101−GFPは、細胞膜でのみ点状の(punctate)GFP局在を示した。
HPDE cells:
In human pancreatic ductal epithelial cells, CTB-fused GFP exhibits a relatively strong, high-density signal in the cell membrane and cytoplasm. PTD-GFP does not give a clear signal at the cell membrane, but has a high density and moderate signal in the cytoplasm and nucleus. PG1-GFP shows a strong accumulation in the cell membrane, but only shows a scattered focus in the cytoplasm. RC101-GFP showed punctate GFP localization only at the cell membrane.

HPDLSC細胞:
ヒト歯周靱帯幹細胞において、CTB−GFPは、細胞膜においてのみ比較的強い信号を示す。PTD−GFPは、細胞膜で、非常に弱い蓄積を示すが、細胞質では、散乱された、中程度に明るいGFPシグナルを有する。PG1−GFPは、細胞膜および細胞質の両方で強い局在を示す。RC101−GFPは、これらの細胞の、細胞膜および細胞質の両方に局在化することができない。
HPDLSC cells:
In human periodontal ligament stem cells, CTB-GFP shows a relatively strong signal only in the cell membrane. PTD-GFP shows very weak accumulation at the cell membrane, but has a scattered, moderately bright GFP signal in the cytoplasm. PG1-GFP shows strong localization in both cell membrane and cytoplasm. RC101-GFP cannot localize to both the cell membrane and cytoplasm of these cells.

MMSC細胞:
maxillar間葉系幹細胞において、CTB−GFPは、細胞膜で、比較的強い密な局在と、細胞質での散在スポットを示す。PTD−GFPは、細胞膜に蓄積しないが、細胞質で、中程度の明るい焦点を示す。PG1−GFPは、細胞膜で非常に強いGFPシグナルを示し、そして、細胞質中で散乱した強いシグナルを示す。RC101−GFPは、これらの細胞のどこにでも局在していないようである。
MMSC cells:
In maxillar mesenchymal stem cells, CTB-GFP shows a relatively strong dense localization and scattered spots in the cytoplasm at the cell membrane. PTD-GFP does not accumulate in the cell membrane but is cytoplasmic and exhibits a moderately bright focus. PG1-GFP shows a very strong GFP signal at the cell membrane and a strong signal scattered in the cytoplasm. RC101-GFP does not appear to be localized anywhere in these cells.

SSC−1細胞:
ヒト頭頸部扁平上皮癌細胞(human head and neck squamous cell carcinoma cells,)において、CTB−GFPは、細胞膜及び細胞質の両方で、弱いGFPシグナルを示す。PTD−GFPは、細胞膜に比較的強い局在を示し、細胞質に強いシグナルを示す。PG1−GFPは、細胞膜において中程度の蓄積を示し、細胞質中で散乱したシグナルを示す。RC101−GFPは、細胞膜において弱いGFP局在化を示し、細胞質においては少数の散乱した焦点を示す。
SSC-1 cells:
In human head and neck squamous carcinoma cells, CTB-GFP exhibits a weak GFP signal in both the plasma membrane and the cytoplasm. PTD-GFP has a relatively strong localization in the cell membrane and a strong signal in the cytoplasm. PG1-GFP shows moderate accumulation in the cell membrane and shows a signal scattered in the cytoplasm. RC101-GFP exhibits weak GFP localization in the cell membrane and a small number of scattered foci in the cytoplasm.

RPE細胞:
網膜色素上皮細胞(retinal pigment epithelium cells,)において、CTB−GFPは、細胞膜で連続状の(点状とは対照的に)局在化および細胞質における比較的強いGFPの焦点を示す。PTD−GFPは、細胞膜において比較的強い蓄積を示し、細胞質において強いクラスタリング(clustering)を示す。PG1−GFPは、細胞膜および細胞質の焦点の両方において、これらの細胞における任意のペプチドの最も強いシグナルを示す。
RPE cells:
In retinal pigment epithelial cells, CTB-GFP is localized in the cell membrane (as opposed to punctate) and exhibits a relatively strong GFP focus in the cytoplasm. PTD-GFP exhibits a relatively strong accumulation in the cell membrane and a strong clustering in the cytoplasm. PG1-GFP shows the strongest signal of any peptide in these cells, both at the cell membrane and cytoplasmic focus.

GMSC細胞:
gingiva由来間葉系間質細胞において、CTB−GFPは、細胞膜と細胞質の両方に局在する。PTD−GFPは、細胞膜において比較的強いGFP蓄積および細胞質における強力なクラスター化された焦点を示す。PG1−GFPは、細胞膜においてGFPの中程度の蓄積および細胞質における強い、クラスター化したシグナルを示す。
GMSC cells:
In gingiva-derived mesenchymal stromal cells, CTB-GFP is localized in both the cell membrane and the cytoplasm. PTD-GFP exhibits a relatively strong GFP accumulation in the cell membrane and a strong clustered focus in the cytoplasm. PG1-GFP shows a moderate accumulation of GFP at the cell membrane and a strong clustered signal in the cytoplasm.

AGK細胞:
成人歯肉ケラチノサイト(adult gingival keratinocytes,)において、CTB−GFPは細胞質で、多くの比較的強い、高密度の信号を示す。PTD−GFPはまた、細胞質において比較的強いシグナルを示すが、比較的少ない焦点が存在する。PG1−GFPは、細胞質においてはるかに強い蓄積を示す。
AGK cells:
In adult gingival keratinocytes (adult gingival keratinocytes), CTB-GFP is cytoplasmic and exhibits many relatively strong, high-density signals. PTD-GFP also shows a relatively strong signal in the cytoplasm, but there is relatively little focus. PG1-GFP shows a much stronger accumulation in the cytoplasm.

OBC細胞:
骨芽細胞(osteoblasts)で、CTB−GFPは、細胞質で強い、点状局在を示す。PTD−GFPもまた、細胞質に強く局在する。PG1−GFPのみが、細胞膜において高密度で連続的な局在性GFPを示す。
OBC cells:
In osteoblasts, CTB-GFP shows strong, punctate localization in the cytoplasm. PTD-GFP is also strongly localized in the cytoplasm. Only PG1-GFP exhibits high density and continuous localized GFP in the cell membrane.

議論
CTB−GFPとのインキュベーションで、GFP信号は、全ての細胞株で検出され、、そして、これらの細胞における発現パターンは同様であり、これらの細胞の膜上のGM1受容体の遍在的存在と一致していた。タンパク質の形質導入ドメイン(PTD)もまた、これらの細胞株へのGFPの送達を効果的に促進し、そして、さらにGFPを、HPDE細胞の核にさえ送達した。これらの結果は、PTDが、膜受容体なしで、外来タンパク質を直接的に送達し得ることを確認する。
プロテグリン1(PG1)融合GFPは、ほとんどの細胞株の細胞膜および細胞質に、強い局在を示す。3つの発現パターンがある:
1.PG−1が、細胞膜を浸透することができることを示す、細胞膜および細胞質(MMSC、RPE)の両方での強力なGFPシグナル。
2.細胞膜で強いGFPシグナルを有するが、弱いまたは存在しない細胞質のシグナル(PANC−1、HPDEおよびOBC)は、PG−1がこれらの細胞の膜を浸透できないことを示す。
3.細胞膜では弱いGFPシグナルであるが、細胞質では強いシグナル(SCC−1、HPDLSC、GMSCおよびAGK)。
このパターンは、PG1が、これらの細胞の膜を最も容易かつ効率的に貫通し、タンパク質医薬品を細胞質に効率的に輸送することを示す。これらの結果は、PG1−GFPの浸透の効率は、細胞型によって異なることを示す。
Discussion Upon incubation with CTB-GFP, the GFP signal is detected in all cell lines, and the expression pattern in these cells is similar, and the ubiquitous presence of the GM1 receptor on the membrane of these cells Was consistent. The protein transduction domain (PTD) also effectively facilitated the delivery of GFP to these cell lines, and also delivered GFP even to the nucleus of HPDE cells. These results confirm that PTD can deliver foreign proteins directly without membrane receptors.
Protegrin 1 (PG1) fusion GFP shows strong localization in the cell membrane and cytoplasm of most cell lines. There are three expression patterns:
1. Strong GFP signal at both cell membrane and cytoplasm (MMSC, RPE) indicating that PG-1 can penetrate the cell membrane.
2. Cytoplasmic signals (PANC-1, HPDE and OBC) with strong GFP signal at the cell membrane but weak or absent indicate that PG-1 is unable to penetrate the membrane of these cells.
3. There is a weak GFP signal in the cell membrane, but a strong signal in the cytoplasm (SCC-1, HPDLSC, GMSC and AGK).
This pattern indicates that PG1 penetrates the membranes of these cells most easily and efficiently and efficiently transports protein drugs to the cytoplasm. These results indicate that the efficiency of PG1-GFP penetration varies with cell type.

融合タグを用いた、タンパク質医薬品送達標的
CTBと治療用タンパク質間の融合は、経口寛容の誘導、血清への送達、または、血液−脳または網膜関門を透過するためでさえ、治療用タンパク質の効果的な経口送達を促進する。外来タンパク質は、特定の受容体とは独立して、細胞膜に侵入することができる、タンパク質形質導入ドメイン(PTD)とそれを融合させることによって、生存細胞に送達することができる。PTDは、生物学的に活性なタンパク質を、培養した哺乳動物細胞および動物モデルにおいて、in vivoおよびin vitroで送達し、PTD融合タンパク質に治療薬物送達の大きな可能性を与える。抗菌性ペプチドは、微生物を殺すことが知られているが、ヒト細胞特異的標的化は新規かつ予想外の観察である。ここでは、我々は、抗菌ペプチドは、この二重の機能を実行することができ、抗菌ぺプチドを、ペプチド抗生物質として使用できる理想的な候補とすること、ならびに、細胞特異的な方法で、他のタンパク質薬剤の効果的な送達のためである。追加のタンパク質医薬品のいくつかの例を以下に示す。
GFPレポータータンパク質のアミノ酸配列は、抗炎症機能薬、膵炎、歯周炎と歯周炎の治療、膵臓癌及び頭頸部扁平上皮癌の新しい治療を含む、表4に記載されている治療用タンパク質をコードする核酸と置き換えることができる。
歯周再生の分野において、いくつかのタンパク質ベースの治療薬が有効性を有することが示されている。このようなタンパク質と本発明のタグとの融合、、さらに、このような融合タンパク質を発現する、植物細胞または植物部分の投与は、様々な歯の障害の治療のための有効性を提供する。
Protein Drug Delivery Targets Using Fusion Tags Fusion between CTB and therapeutic protein is the effect of therapeutic protein even to induce oral tolerance, delivery to serum, or even penetrate the blood-brain or retinal barrier Facilitating oral delivery. A foreign protein can be delivered to living cells by fusing it with a protein transduction domain (PTD), which can enter the cell membrane independently of a specific receptor. PTD delivers biologically active proteins in cultured mammalian cells and animal models in vivo and in vitro, giving PTD fusion proteins great potential for therapeutic drug delivery. Although antimicrobial peptides are known to kill microorganisms, human cell specific targeting is a new and unexpected observation. Here we have antimicrobial peptides that can perform this dual function, making antimicrobial peptides ideal candidates for use as peptide antibiotics, as well as in cell-specific ways, This is for effective delivery of other protein drugs. Some examples of additional protein drugs are shown below.
The amino acid sequence of the GFP reporter protein comprises the therapeutic proteins listed in Table 4, including anti-inflammatory functional drugs, pancreatitis, treatment of periodontitis and periodontitis, new treatment of pancreatic cancer and head and neck squamous cell carcinoma It can be replaced with the encoding nucleic acid.
In the field of periodontal regeneration, several protein-based therapeutics have been shown to be effective. Fusion of such proteins with the tags of the present invention, as well as administration of plant cells or plant parts that express such fusion proteins, provides efficacy for the treatment of various dental disorders.

表3は、本発明の異なるタグとの融合によって、選択的に標的化され得る細胞のリストを提供する。
Table 3 provides a list of cells that can be selectively targeted by fusion with different tags of the present invention.

加えて、本明細書に記載されるアプローチは、記載されている医学的適応症のために有用な医薬を送達するために使用することができる。   In addition, the approaches described herein can be used to deliver pharmaceuticals useful for the medical indications described.

列挙された障害の欠損タンパク質の置換(Replacing deficient proteins for the recited disorders)
内分泌障害(ホルモン欠乏症)
インスリン(より速い作用、より長い持続時間を有する類似体)
成長ホルモン(ソマトトロピン)
インスリン様増殖因子
Replacing defective proteins for the recognized disorders
Endocrine disorder (hormone deficiency)
Insulin (analog with faster action, longer duration)
Growth hormone (somatotropin)
Insulin-like growth factor

止血および血栓症(翻訳後変化)(Hemostasis and thrombosis (post translational changes))
血液凝固因子(VII、VIII、IX)
抗トロンビン(外科手術)
プロテインC(静脈血栓症)
組織プラスミノゲン活性化因子(塞栓症、脳卒中)
Hemostasis and thrombosis (post translational changes) (Hemostasis and thrombosis (post translational changes))
Blood coagulation factors (VII, VIII, IX)
Antithrombin (surgery)
Protein C (venous thrombosis)
Tissue plasminogen activator (embolism, stroke)

不完全な酵素の置換(Replacing deficient enzymes)
酵素欠損
β−グルコセレブロシダーゼ
α−グルコシダーゼ
Replacing defective enzymes
Enzyme-deficient β-glucocerebrosidase α-glucosidase

肺/胃腸障害
プロテイナーゼ阻害剤(抗トリプシン欠乏症)
ラクターゼ
リパーゼ
アミラーゼ
プロテアーゼ
Lung / gastrointestinal disorder proteinase inhibitor (antitrypsin deficiency)
Lactase lipase amylase protease

本発明の治療用融合タンパク質はまた、造血および受精(fertility)に関与するもののような、既存の経路を拡張させるために使用することができる。したがって、エリスロポエチン(貧血、化学療法)、顆粒球コロニー刺激因子、顆粒球マクロファージ刺激因子、アデノシンデアミナーゼ、ヒト血清アルブミン(ネフローゼ症候群)、免疫グロブリン、卵胞刺激ホルモンおよび絨毛性ゴナドトロピンを含む融合タンパク質を作製することができる。インターフェロンα(C型肝炎、B型抗ウイルス)およびインターフェロンβ(多発性硬化症)のような異なるインターフェロンは、本明細書に記載されるように製造および投与され得る。
副甲状腺ホルモンおよびエキセナチド(exenatide)などのホルモンもまた、本発明にしたがって、選択的に標的化された融合タンパク質として産生され得る。
The therapeutic fusion proteins of the present invention can also be used to extend existing pathways, such as those involved in hematopoiesis and fertility. Thus, creating a fusion protein comprising erythropoietin (anemia, chemotherapy), granulocyte colony stimulating factor, granulocyte macrophage stimulating factor, adenosine deaminase, human serum albumin (nephrotic syndrome), immunoglobulin, follicle stimulating hormone and chorionic gonadotropin be able to. Different interferons such as interferon alpha (hepatitis C, anti-virus B) and interferon beta (multiple sclerosis) can be manufactured and administered as described herein.
Hormones such as parathyroid hormone and exenatide can also be produced as selectively targeted fusion proteins in accordance with the present invention.

脊髄固定(spinal fusions)の治療のための骨形成タンパク質、思春期の使用のためのゴナトロピン放出ホルモン、化学療法に関連する口腔粘膜炎のケラチノサイト成長因子、および創傷治癒のための血小板由来増殖因子が使用され得る。
他のタンパク質に基づく薬物も、また、標的送達を改善するために、本発明の融合ペプチドに融合させることができる。
Bone morphogenetic proteins for the treatment of spinal fusions, gonatropin-releasing hormone for adolescent use, keratinocyte growth factor for oral mucositis associated with chemotherapy, and platelet-derived growth factor for wound healing Can be used.
Other protein-based drugs can also be fused to the fusion peptides of the invention to improve targeted delivery.

これらには、限定するものではないが、ジストニアおよび化粧品用途のためのボツリヌス毒素、重度の火傷治療のためのコラゲナーゼ、嚢胞性線維症のDNase、火傷および潰瘍のためのパパイン、白血病のアスパラギナーゼ、冠動脈形成術のためのヒルジンおよびDVTまたは塞栓症のためのストレプトキナーゼが含まれる。
さらなる有効な薬剤も、本発明の融合タンパク質の形態で使用することができ、そして、表4に列挙する。
These include, but are not limited to, botulinum toxin for dystonia and cosmetic applications, collagenase for the treatment of severe burns, DNase for cystic fibrosis, papain for burns and ulcers, asparaginase for leukemia, coronary arteries Hirudin for plastic surgery and DVT or streptokinase for embolism are included.
Additional effective agents can also be used in the form of fusion proteins of the invention and are listed in Table 4.

この表および他のタンパク質医薬品の詳細については、Walsh、G(2014)、Biopharmaceutical benchmarks 2014年、Nat.Biotechnol.32,992−1000を参照されたい。   For details on this table and other protein pharmaceuticals, see Walsh, G (2014), Biopharmaceutical benchmarks 2014, Nat. Biotechnol. 32,992-1000.

以上、本発明の好ましい実施形態のいくつかについて説明し、具体的に実施したが、本発明はそのような実施形態に限定されることを意図するものではない。添付の特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、様々な改変を行うことができる。   While some of the preferred embodiments of the present invention have been described and specifically implemented, the present invention is not intended to be limited to such embodiments. Various modifications can be made without departing from the scope and spirit of the invention as set forth in the appended claims.

Claims (19)

被験体の疾患または障害を治療するために、被験体の目的(interest)の組織または細胞に、治療用タンパク質を標的化送達(targeted delivery)するための方法であって、
a)融合ペプチド配列に作動可能に連結された前記治療用タンパク質をコードする、プラスチドを発現する核酸を含む、有効量の植物細胞またはその残渣(remnants)を投与する。ここで、前記核酸の発現は、前記プラスチド中で治療用融合タンパク質の産生を引き起こす;そして、
b)インビボで、非標的細胞を実質的に排除して(to the substantial exclusion of non target cells in vivo)、前記治療用融合タンパク質の前記目的の組織または細胞への選択的浸透によって引き起こされる、前記疾患または障害に関連する症状を改善または緩和すること、
を含む方法。
A method for targeted delivery of a therapeutic protein to a tissue or cell of a subject's interest for treating a disease or disorder in the subject comprising the steps of:
a) administering an effective amount of plant cells or remnants thereof comprising a nucleic acid expressing a plastid encoding the therapeutic protein operably linked to a fusion peptide sequence. Wherein expression of the nucleic acid causes production of a therapeutic fusion protein in the plastid; and
b) caused in vivo by selective penetration of the therapeutic fusion protein into the tissue or cell of interest, substantially excluding non-target cells (to the substitutive of non target cells in vivo) Ameliorate or alleviate symptoms associated with the disease or disorder,
Including methods.
前記植物が、レタス、タバコ、ホウレンソウ、ケール、キャベツ、ナス、ニンジンおよびトマトからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the plant is selected from the group consisting of lettuce, tobacco, spinach, kale, cabbage, eggplant, carrot and tomato. 前記ペプチドが、PTDペプチドである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the peptide is a PTD peptide. 前記ペプチドが、DCペプチドである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the peptide is a DC peptide. 前記ペプチドが、抗微生物ペプチドである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the peptide is an antimicrobial peptide. 前記ペプチドが、PG1ペプチドまたはRC101ペプチドである、請求項5に記載の方法。 6. The method of claim 5, wherein the peptide is a PG1 peptide or RC101 peptide. 前記ペプチドが、CTBペプチドである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the peptide is a CTB peptide. 前記細胞が、免疫細胞である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the cell is an immune cell. 前記細胞が、体細胞(somatic cells)である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the cell is a somatic cell. 前記細胞が、樹状細胞である、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the cell is a dendritic cell. 前記治療用融合タンパク質が、内分泌障害の治療用であり、そして、インスリン、ソマトトロピン、およびインスリン様増殖因子からなる群から選択される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 11. The method of any one of claims 1-10, wherein the therapeutic fusion protein is for the treatment of an endocrine disorder and is selected from the group consisting of insulin, somatotropin, and insulin-like growth factor. 前記治療用融合タンパク質が、止血の維持または血栓症の予防のためのものであり、そして、前記タンパク質が、血液凝固因子、抗トロンビン、プロテインCおよび組織プラスミノーゲンアクティベーターからなる群から選択される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 The therapeutic fusion protein is for maintenance of hemostasis or prevention of thrombosis, and the protein is selected from the group consisting of blood clotting factor, antithrombin, protein C and tissue plasminogen activator The method of any one of Claims 1-10. 前記被験体が、酵素欠損を有し、そして、前記治療用融合タンパク質が、βグルコセレブロシダーゼ、α−グルコシダーゼ、ラクターゼ、リパーゼ、アミラーゼ、プロテアーゼおよびプロテイナーゼインヒビターからなる群から選択される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 The subject has an enzyme deficiency and the therapeutic fusion protein is selected from the group consisting of β-glucocerebrosidase, α-glucosidase, lactase, lipase, amylase, protease and proteinase inhibitor. The method of any one of 10-10. 前記治療用融合タンパク質が、既存の治療プロトコールを増強し、そして、エリスロポエチン、顆粒球コロニー刺激因子、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子、卵胞刺激ホルモン、絨毛性ゴナドトロピン、αインターフェロン、インターフェロンB、PDGF、ケラチノサイト成長因子および骨形成タンパク質からなる群から選択される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 The therapeutic fusion protein enhances existing therapeutic protocols and erythropoietin, granulocyte colony stimulating factor, granulocyte macrophage colony stimulating factor, follicle stimulating hormone, chorionic gonadotropin, alpha interferon, interferon B, PDGF, keratinocyte growth 11. A method according to any one of claims 1 to 10, selected from the group consisting of factors and bone morphogenetic proteins. 前記治療用タンパク質が、表4で提供されている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。 11. The method of any one of claims 1-10, wherein the therapeutic protein is provided in Table 4. 請求項1〜15のいずれか1項に記載の治療用融合タンパク質を含む植物または植物細胞。 A plant or plant cell comprising the therapeutic fusion protein according to any one of claims 1 to 15. 凍結乾燥され、所望により粉末形態である、請求項16に記載の植物細胞。 17. Plant cells according to claim 16, which are lyophilized and optionally in powder form. 封入された(encapsulated)請求項16に記載の植物細胞。 17. A plant cell according to claim 16, which is encapsulated. 前記治療用融合タンパク質が周囲温度で安定である、請求項16に記載の植物細胞。 17. The plant cell of claim 16, wherein the therapeutic fusion protein is stable at ambient temperature.
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